以马铃薯淀粉为原料一锅法接枝聚合合成高吸水树脂的方法与流程

本发明涉及一种用于农林园艺、生理卫生、日用化工、建筑行业、环境治理等领域的功能高分子材料—高吸水树脂的制备方法，特别是指以马铃薯淀粉、过氧化氢、丙烯酸及氢氧化钠为主要原料一锅法制备高吸水树脂的方法。

背景技术：

高吸水性树脂是分子中含有极性基团并具有三维交联网络结构的功能高分子材料，它能吸收自身重量几百倍至几千倍的水。高吸水树脂以它的吸水性、保水性、对外界刺激的应答性及对重金属离子的络合能力而得到广泛应用，如在生理卫生用品、防沙治沙、城市绿化以及农业和园艺等领域有着广泛的应用。

目前关于高吸水树脂的研究越来越多，但是吸水倍率不高、工艺过程复杂及成本高等问题一直是使研究者困惑的问题，高吸水树脂的聚合需要引发剂的引发，引发剂主要有自由基(如偶氮类及过硫酸盐等)引发剂和氧化还原引发剂两类，但是这两类引发剂的缺点是会引入杂质离子，最终会影响高吸水树脂的吸水量。因此，如何恰到好处的解决这些问题是目前的研究重点。

本申请首次采用过氧化氢氧化马铃薯淀粉与去除阻聚剂的丙烯酸及其钠盐一锅法合成高吸水树脂，传统方法是先用过氧化氢氧化马铃薯淀粉,经过分离、洗涤、烘干等步骤制备出氧化马铃薯淀粉，再以氧化马铃薯淀粉为原料与单体聚合制备高吸水树脂，本申请很好地省略了氧化马铃薯淀粉的分离、洗涤、烘干等步骤，并且在合成高吸水树脂时不需要加入引发剂，同时制得的产品具有较高的吸水量，最高吸水量可达2200g/g。因此，本发明工艺简单，合成成本低，实用性强，具有很好的应用推广价值。

技术实现要素：

本发明提供了一种工艺简单、合成成本低、吸水能力强的高吸水树脂产品及其制备方法。

其方法及步骤如下：

（1）将马铃薯淀粉与去离子水按1:7的质量比在搅拌下混合均匀，在70℃下加入马铃薯淀粉质量0.222倍的30%的过氧化氢，在该温度及搅拌下氧化反应1h；称取马铃薯质量1.67倍的氢氧化钠，以氢氧化钠质量3倍的去离子水溶解氢氧化钠；然后在冰水浴冷却搅拌下用制得的氢氧化钠溶液中和马铃薯淀粉质量6倍的除去阻聚剂的丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液。

（2）将上述氧化后的马铃薯淀粉溶液与中和后的丙烯酸及其钠盐溶液在搅拌下充分混合，加入马铃薯淀粉质量0.2%的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，搅拌使之均匀，通入氮气，缓慢加热，使反应体系温度逐步升高，待聚合开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得高吸水树脂。通过实验得到的产品在5000倍的去离子水中最高吸水量达到2200g/g。

本发明的优点：

（1）本发明采用马铃薯淀粉为原料一锅法制备高吸水树脂，该方法工艺简单、易于操作。

（2）无需加入引发剂即可聚合，不会引入杂质，成本低。

（3）过氧化氢分解产物为水，无污染，同时所制得的产品具有优良的性能。

附图及附表说明

图1是以马铃薯淀粉一锅法制备高吸水树脂的工艺流程图

图2是30%过氧化氢的用量对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图3是马铃薯淀粉的氧化温度对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图4是马铃薯淀粉的氧化时间对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图5是马铃薯淀粉与丙烯酸质量比对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图6是丙烯酸的中和度对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图7是交联剂的用量对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图8是反应体系的总水量对高吸水树脂吸水量的影响曲线

图9是高吸水树脂正交实验的因素和水平表

图10是高吸水树脂正交实验数据结果表。

具体实施方式

实施例1：称取5g马铃薯淀粉与35mL去离子水搅拌下混合均匀，在70℃下加入1mL30%的过氧化氢，并在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取28.6mL(30g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取8.33g氢氧化钠溶解于25mL去离子水中，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液搅拌下充分混合均匀，加入7.5mg的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后停止搅拌，80-100℃之间保温2h，产物经烘干、粉碎即得产品，由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为2200g/g。

实施例2：称取5g马铃薯淀粉与40mL去离子水在搅拌下混合均匀，在70℃下加入1mL30%的过氧化氢，并在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取28.6mL(30g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取8.33g氢氧化钠溶解于20mL去离子水，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液搅拌下充分混合均匀，加入10mg N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得产品。由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为1850g/g。

实施例3：称取5g马铃薯淀粉与40mL去离子水在搅拌下混合均匀，在70℃下加入1mL30%的过氧化氢，在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取28.6mL(30g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取6.67g氢氧化钠溶解于20mL去离子水，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液搅拌下充分混合均匀，加入15mg N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得产品。由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为2165g/g。

实施例4：称取5g马铃薯淀粉与40mL去离子水搅拌下混合均匀，在70℃下加入1mL30%的过氧化氢，在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取28.6mL(30g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取11.67g氢氧化钠溶解于25mL去离子水，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液搅拌下充分混合均匀，加入15mg N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得产品。由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为2000g/g。

实施例5：称取5g马铃薯淀粉与25mL去离子水搅拌下混合均匀，在50℃下加入1mL30%的过氧化氢，并在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取23.8mL(25g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取6.94g氢氧化钠溶解于25mL去离子水，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液搅拌下充分混合均匀，加入15mg N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得产品。由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为1400g/g。

实施例6：称取5g马铃薯淀粉与50mL去离子水在搅拌下混合均匀，在70℃下加入1mL30%的过氧化氢，在该温度及搅拌下氧化反应1h；量取28.6mL(30g)除去阻聚剂的丙烯酸，称取8.33g氢氧化钠溶解于20mL去离子水，用上述配制的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸，得到丙烯酸及其钠盐溶液；将中和后的丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液在搅拌下充分混合均匀，加入15mg N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺,在搅拌、N₂保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后，停止搅拌，80-100℃之间保温2h，经烘干、粉碎即得产品。由本实施例所制得的高吸水树脂吸水量为1500g/g。