摘　要：通過吸水倍率的測定研究了各反應因素對反相乳液體系中芋頭淀粉－丙烯酸－丙烯酰胺的接枝聚合反應的影響。結果表明：反應溫度60℃，單體中和度70％，油水比1.3：1，交聯劑用量0.06 g，引發劑用量1.0 g，反應時間2.5 h時，產物樹脂吸水倍率達到了129 g／g，具有較快的吸水速率和較強的再生能力。
關鍵詞：芋頭淀粉；丙烯酸；丙烯酰胺；反相乳液；接枝共聚；吸水倍率

0　引 言

　　淀粉是一種來源廣泛，價格低廉的可再生資源，具有無毒，易生物降解及環境友好等特點，在食品、材料、輕工等眾多領域中有著廣泛的應用。淀粉接枝聚合物是一種新型的高分子材料，對其接枝共聚反應以及衍生物的研究，在淀粉的轉化技術利用中具有獨特的意義。
　　目前玉米淀粉、木薯淀粉和紅薯淀粉在吸水樹脂領域的研究和應用均取得了顯著成果，我國芋頭資源極為豐富，但其開發的程度遠不及山藥、甘薯、馬鈴薯等，因此對芋頭的進一步認識和開發是有意義的。
　　本實驗利用芋頭淀粉為基材，與乙烯類單體丙烯酸和丙烯酰胺在反相乳液體系中進行接枝共聚制備性能優良的吸水性樹脂，探討其反應工藝條件和應用性能，為該類高分子材料的實際應用提供理論指導。

1　實驗部分

1.1　原材料
　　芋頭淀粉：超市購買，食品級；過硫酸鉀(分析純)，丙烯酰胺，N，N’－亞甲基雙丙烯酰胺，丙酮(分析純)：天津市科密歐化學試劑有限公司；Span 80(化學純)和丙烯酸(分析純)：天津市光復精細化工研究所；氫氧化鈉(分析純)：洛陽市化學試劑廠；液體石蠟(化學純)：天津市凱通化學試劑有限公司；Tween80(化學純)：天津市化學試劑三廠。
1.2　芋頭淀粉／丙烯酸／丙烯酰胺接枝共聚物的制備
　　先將60 mL液體石蠟加入250 mL三口燒瓶中，滴加一定量的Span80和Tween80復配乳化劑(體積比4.8：1)在60℃恒溫水浴下攪拌30 min，然后逐次加入含有2 g淀粉的乳液，含2 g過硫酸鉀的溶液中，一定中和度的丙烯酸溶液(在冰浴條件下，用氫氧化鈉中和一定程度的丙烯酸溶液)，丙烯酰胺溶液(丙烯酸與丙烯酰胺的質量比10：1)和交聯劑N－亞甲基雙丙烯酰胺0.06 g。60℃恒溫攪拌2.5 h，待反應結束冷卻至室溫，用無水乙醇沉淀，丙酮洗滌，產物在70℃恒溫干燥箱中烘至恒重，粉碎后裝袋備用。
1.3　性能測定
　　1)吸水倍率和吸水速率測定參照文獻進行。
　　2)樹脂的再生能力測定：準確稱量一定質量的樹脂放入500 mL燒杯中充分溶脹，放置于一定溫度的干燥箱中失水烘干樣品，然后繼續吸水溶脹，反復4次，觀察其再生能力。

2　結果與討論

2.1　反應溫度的影響
　　由實驗數據可知60℃，反應得到的產品吸水性能好(見圖1)。

　　這是由于隨著反應溫度的增加，不僅引發劑的分解速率增加，而且溶液中離子擴散速度加快，淀粉顆粒的溶脹程度增大，活性位點增多，加速了接枝聚合反應過程；但溫度過高時，鏈引發，鏈轉移和鏈終止反應迅速過快，聚合度增加，容易導致暴聚，反應失去控制，樹脂吸水倍率降低。
2.2　丙烯酸中和度的影晌
　　實驗表明：丙烯酸中和度為70％時，樹脂吸水倍率高(見圖2)。這是因為聚合反應中，中和度太低即丙烯酸量過多，反應太快，而且易使聚合物的分子量和交聯度過大，產品很難在水中溶脹；反之中和度過大，降低丙烯酸聚合反應速度，羧酸基團增加，交聯程度降低，生成的產品可溶性部分增多，從而導致吸水倍率下降。

2.3　油水比的影響
　　隨著油水比的增加，吸水倍率逐漸增大后逐漸減小(見圖3)。

　　這是因為反相乳液聚合法中，油水比太小時聚合時容易發粘，顆粒易粘結成凝膠，使得分寤困難，樹脂的吸水倍率下降；隨著油水比增大，吸水倍率呈現上升的趨勢，但油水比過大時，水溶性單體和淀粉鏈上活性點在反應體系中的活動空間受到一定限制，生成的產品吸水倍率降低。本實驗適宜的油水比為1.3：1。
2.4　引發劑用量的影晌
　　引發劑用量對吸水倍率的影響如圖4所示，當引發劑加入量為1.0 g時，吸水倍率高。
　　引發劑使用量較小時，引發劑引發單體反應困難，初始反應速度較低，產物交聯點和交聯密度減少，導致樹脂吸水倍率下降。而引發劑用量過高，初始反應速度過快，低分子聚合物和易溶水自聚物增多，吸水倍率下降。本實驗引發劑量1 g適宜。

2.5　交聯劑用量的影晌
　　實驗表明：隨著交聯劑用量的增加產品的吸水倍率呈先增加后下降的趨勢，用量0.06 g時，吸水倍率達到大(見圖5)。

　　原因是交聯劑用量過少，交聯密度變小，生成的樹脂產品中可溶性部分增加，使得樹脂的吸水倍率不高，保水性很好，交聯劑用量過大，直接抑制了三維分子網絡的伸展，交聯密度增大，網絡空間變小，吸水倍率低而且吸水后凝膠很硬。
2.6　反應時間的影響
　　由圖6可知：隨著反應時間的增加，吸水倍率逐漸增大，超過2.5 h，吸水倍率下降。

　　這是由于反應時間過短時，單體轉化率太低，接枝產物較少，吸水樹脂還不能形成完整的三維網狀結構，吸水倍率較低；反應時間過長，形成的樹脂交聯密度過大，不易于在水中溶脹，導致吸水倍率低。本實驗反應時間2.5 h佳。
2.7　聚合物吸水速率
　　由實驗數據可知，該淀粉樹脂前5min吸水速率非?？?飽和的50％)，30 min時就已經達到飽和，說明該樹脂具有很好的吸水性能(見圖7)。

2.8　聚合物再生能力
　　實驗表明：隨著淀粉接枝聚合物吸水次數的增多，聚合物的吸水倍率出現下降的趨勢，但是下降程度很小(第4次吸水倍率是第1次吸水倍率的86％)，這說明聚合物在使用過程中具有良好的再生能力(反復吸水性)，因此可以節約成本，提高利用率，對實際工農業應用起到很好的指導作用(見圖8)。

3　結論

　　1)本實驗采用反相乳液法制備了芋頭淀粉－丙烯酸－丙烯酰胺接枝聚合物，通過單因素實驗得到了佳工藝條件：反應溫度60℃，單體中和度約70％，油水比是1.3：1，交聯劑用量0.04 g，引發劑用量1.0 g，反應時間2.5 h，樹脂在自來水中的吸液倍率達到了129 g／g，為芋頭產品的進一步開發應用提供了一個新的領域。
　　2)產品的性能測定實驗表明該芋頭淀粉接枝型樹脂具有較快的吸水速率和較強的再生能力，為產品的進一步應用提供了理論指導。