摘　要：通过吸水倍率的测定研究了各反应因素对反相乳液体系中芋头淀粉－丙烯酸－丙烯酰胺的接枝聚合反应的影响。结果表明：反应温度60℃，单体中和度70％，油水比1.3：1，交联剂用量0.06 g，引发剂用量1.0 g，反应时间2.5 h时，产物树脂吸水倍率达到了129 g／g，具有较快的吸水速率和较强的再生能力。
关键词：芋头淀粉；丙烯酸；丙烯酰胺；反相乳液；接枝共聚；吸水倍率

0　引 言

　　淀粉是一种来源广泛，价格低廉的可再生资源，具有无毒，易生物降解及环境友好等特点，在食品、材料、轻工等众多领域中有着广泛的应用。淀粉接枝聚合物是一种新型的高分子材料，对其接枝共聚反应以及衍生物的研究，在淀粉的转化技术利用中具有独特的意义。
　　目前玉米淀粉、木薯淀粉和红薯淀粉在吸水树脂领域的研究和应用均取得了显著成果，我国芋头资源极为丰富，但其开发的程度远不及山药、甘薯、马铃薯等，因此对芋头的进一步认识和开发是有意义的。
　　本实验利用芋头淀粉为基材，与乙烯类单体丙烯酸和丙烯酰胺在反相乳液体系中进行接枝共聚制备性能优良的吸水性树脂，探讨其反应工艺条件和应用性能，为该类高分子材料的实际应用提供理论指导。

1　实验部分

1.1　原材料
　　芋头淀粉：超市购买，食品级；过硫酸钾(分析纯)，丙烯酰胺，N，N’－亚甲基双丙烯酰胺，丙酮(分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司；Span 80(化学纯)和丙烯酸(分析纯)：天津市光复精细化工研究所；氢氧化钠(分析纯)：洛阳市化学试剂厂；液体石蜡(化学纯)：天津市凯通化学试剂有限公司；Tween80(化学纯)：天津市化学试剂三厂。
1.2　芋头淀粉／丙烯酸／丙烯酰胺接枝共聚物的制备
　　先将60 mL液体石蜡加入250 mL三口烧瓶中，滴加一定量的Span80和Tween80复配乳化剂(体积比4.8：1)在60℃恒温水浴下搅拌30 min，然后逐次加入含有2 g淀粉的乳液，含2 g过硫酸钾的溶液中，一定中和度的丙烯酸溶液(在冰浴条件下，用氢氧化钠中和一定程度的丙烯酸溶液)，丙烯酰胺溶液(丙烯酸与丙烯酰胺的质量比10：1)和交联剂N－亚甲基双丙烯酰胺0.06 g。60℃恒温搅拌2.5 h，待反应结束冷却至室温，用无水乙醇沉淀，丙酮洗涤，产物在70℃恒温干燥箱中烘至恒重，粉碎后装袋备用。
1.3　性能测定
　　1)吸水倍率和吸水速率测定参照文献进行。
　　2)树脂的再生能力测定：准确称量一定质量的树脂放入500 mL烧杯中充分溶胀，放置于一定温度的干燥箱中失水烘干样品，然后继续吸水溶胀，反复4次，观察其再生能力。

2　结果与讨论

2.1　反应温度的影响
　　由实验数据可知60℃，反应得到的产品吸水性能好(见图1)。

　　这是由于随着反应温度的增加，不仅引发剂的分解速率增加，而且溶液中离子扩散速度加快，淀粉颗粒的溶胀程度增大，活性位点增多，加速了接枝聚合反应过程；但温度过高时，链引发，链转移和链终止反应迅速过快，聚合度增加，容易导致暴聚，反应失去控制，树脂吸水倍率降低。
2.2　丙烯酸中和度的影晌
　　实验表明：丙烯酸中和度为70％时，树脂吸水倍率高(见图2)。这是因为聚合反应中，中和度太低即丙烯酸量过多，反应太快，而且易使聚合物的分子量和交联度过大，产品很难在水中溶胀；反之中和度过大，降低丙烯酸聚合反应速度，羧酸基团增加，交联程度降低，生成的产品可溶性部分增多，从而导致吸水倍率下降。

2.3　油水比的影响
　　随着油水比的增加，吸水倍率逐渐增大后逐渐减小(见图3)。

　　这是因为反相乳液聚合法中，油水比太小时聚合时容易发粘，颗粒易粘结成凝胶，使得分寤困难，树脂的吸水倍率下降；随着油水比增大，吸水倍率呈现上升的趋势，但油水比过大时，水溶性单体和淀粉链上活性点在反应体系中的活动空间受到一定限制，生成的产品吸水倍率降低。本实验适宜的油水比为1.3：1。
2.4　引发剂用量的影晌
　　引发剂用量对吸水倍率的影响如图4所示，当引发剂加入量为1.0 g时，吸水倍率高。
　　引发剂使用量较小时，引发剂引发单体反应困难，初始反应速度较低，产物交联点和交联密度减少，导致树脂吸水倍率下降。而引发剂用量过高，初始反应速度过快，低分子聚合物和易溶水自聚物增多，吸水倍率下降。本实验引发剂量1 g适宜。

2.5　交联剂用量的影晌
　　实验表明：随着交联剂用量的增加产品的吸水倍率呈先增加后下降的趋势，用量0.06 g时，吸水倍率达到大(见图5)。

　　原因是交联剂用量过少，交联密度变小，生成的树脂产品中可溶性部分增加，使得树脂的吸水倍率不高，保水性很好，交联剂用量过大，直接抑制了三维分子网络的伸展，交联密度增大，网络空间变小，吸水倍率低而且吸水后凝胶很硬。
2.6　反应时间的影响
　　由图6可知：随着反应时间的增加，吸水倍率逐渐增大，超过2.5 h，吸水倍率下降。

　　这是由于反应时间过短时，单体转化率太低，接枝产物较少，吸水树脂还不能形成完整的三维网状结构，吸水倍率较低；反应时间过长，形成的树脂交联密度过大，不易于在水中溶胀，导致吸水倍率低。本实验反应时间2.5 h佳。
2.7　聚合物吸水速率
　　由实验数据可知，该淀粉树脂前5min吸水速率非常快(饱和的50％)，30 min时就已经达到饱和，说明该树脂具有很好的吸水性能(见图7)。

2.8　聚合物再生能力
　　实验表明：随着淀粉接枝聚合物吸水次数的增多，聚合物的吸水倍率出现下降的趋势，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％)，这说明聚合物在使用过程中具有良好的再生能力(反复吸水性)，因此可以节约成本，提高利用率，对实际工农业应用起到很好的指导作用(见图8)。

3　结论

　　1)本实验采用反相乳液法制备了芋头淀粉－丙烯酸－丙烯酰胺接枝聚合物，通过单因素实验得到了佳工艺条件：反应温度60℃，单体中和度约70％，油水比是1.3：1，交联剂用量0.04 g，引发剂用量1.0 g，反应时间2.5 h，树脂在自来水中的吸液倍率达到了129 g／g，为芋头产品的进一步开发应用提供了一个新的领域。
　　2)产品的性能测定实验表明该芋头淀粉接枝型树脂具有较快的吸水速率和较强的再生能力，为产品的进一步应用提供了理论指导。