CN100447189C - 一种易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法 - Google Patents
一种易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法，属于高分子复合材料技术领域。本发明采用交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉进行复配，将两种原料按配比经混合、糊化、制片、粉碎、筛分制得易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂成品。本发明将上述两种淀粉组分复配，制备一种新型复合材料，可以充分发挥这两种淀粉组分的优点，克服其缺点，从而制备出能与化学合成的高吸水性树脂竞争的复配淀粉基高吸水性树脂，产品的安全性更高，其吸蒸馏水倍率为300-800倍，吸生理盐水的倍率为20-60倍。
Description
技术领域
一种易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法，属于高分子复合材料技术领域。
背景技术
高吸水性树脂是指吸水性能特别强的高分子物质，其吸水量为自身质量的几十倍乃至几千倍，吸生理盐水的能力一般为自身质量的几倍到几十倍。高吸水性树脂自1950年左右开始研究，1960年左右开始投入工业化生产。高吸水性树脂种类很多，主要包括淀粉系、纤维素系、蛋白质系、化学合成系以及各种复合系高吸水性树脂等。
淀粉基高吸水性树脂的开发和研究已有几十年的历史，它是1961年美国农业部北方研究所C.R.Russell等从淀粉接枝丙烯腈开始研究的，其基本原理是采用淀粉接枝聚合然后皂化的方法进行生产，将丙烯腈通过接枝共聚反应接枝到淀粉分子上，再用碱水解皂化、酒精洗涤、干燥脱水等方法进行生产，皂化时淀粉已经糊化，后续的酒精洗涤工序非常困难，需要消耗大量的酒精洗涤，因而生产成本很高，市场价格比化学合成的高吸水性树脂高，后来逐步被化学合成的高吸水性树脂所取代。目前广泛使用的高吸水性树脂主要是采用化学方法合成的交联聚丙烯酸盐，其吸蒸馏水倍率为300-500倍左右，吸生理盐水倍率大约为20-50倍左右。化学合成的高吸水性树脂现已广泛应用于尿不湿、妇女卫生巾、土壤保水剂等许多行业之中，全世界年产量在百万吨以上。化学合成的高吸水性树脂具有良好的吸水倍率和使用效果，但是，也存在着以下一些缺陷：1、石油价格上涨导致生产成本大幅升高，目前每吨价格为3-5万元；2、生物降解比较困难，高吸水性树脂废弃后在环境中很长时间都不能降解。由于这些原因，目前有些国家又开始研究采用淀粉生产的高吸水性树脂来代替化学合成的高吸水性树脂。
发明内容
本发明的目的是提供一种易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法，研制成功一种具有较高吸水倍率、价格较低又能快速生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂，获得一种价廉物美的新型高分子复合材料。
本发明的技术方案：复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法为采用交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉进行复配，将两种原料经混合、糊化、制片、粉碎、筛分制得易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂成品。
交联羧甲基淀粉的质量指标：羧甲基取代度为0.1-0.6，交联度为每100个葡萄糖单位有0.1-1.8个交联基团。
丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量指标为：丙烯腈质量百分比含量为25％-75％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸百分比含量为5％-10％，淀粉百分含量为15％-70％。
交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量比为90-99∶1-10，进行充分混合。
糊化：在捏合机中进行糊化，糊化温度80-120℃，时间20-40min。
制片：在滚筒干燥机中进行制片，制片温度为120-160℃，时间为3-10min。
粉碎、筛分：用低速搅龙粉碎，使其成为一定大小的片状物；然后先后用18目和80目筛进行筛分。收集大于80目而小于18目的片状物为产品。
所制备的复配淀粉基高吸水性树脂，其复配组分中交联羧甲基淀粉的质量百分含量为90％-99％，丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量百分含量为1％-10％；其吸蒸馏水的倍率为300-800倍，吸生理盐水的倍率为20-60倍，其使用后能用淀粉酶进行生物降解，降解时间能控制在15分钟内；其废弃在自然环境中，能被自然环境中的微生物快速降解。
本发明的有益效果：本发明制备的复配淀粉基高吸水性树脂的主体是交联羧甲基淀粉，由于在生产工艺上避免了以前用丙烯腈接枝淀粉生产高吸水性树脂所固有的缺陷，尽管生产时也需要使用酒精溶液作为溶剂，但由于控制工艺条件确保淀粉不糊化，因而洗涤时酒精用量比生产丙烯腈接枝淀粉要少得多，而且酒精的回收也更方便，因而采用交联羧甲基淀粉作为复配的主体，本发明所生产的复配高吸水性树脂成本大幅度降低，价格甚至远低于化学合成的交联聚丙烯酸盐高吸水性树脂，而且产品的安全性更好。因此，采用发明所生产的产品在市场上具有很强的竞争力。
若单独采用交联羧甲基淀粉也具有一些不足，主要是吸水倍数较低，吸生理盐水的倍率一般都在20以下，而且生产时吸水倍率难以根据需要及时调节。而采用丙烯腈通过接枝共聚反应生产的淀粉基高吸水性树脂相对来说吸水倍数要高一些，在此基础上，在合成丙烯腈接枝淀粉时适当添加少量2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸
(AMPS)，则所生产的产品吸水倍数会大幅度的增加，尽管采用此法所生产的产品成本较大，但因为在本发明所生产的复合材料中所占比例很少，在生产时根据产品吸水量的需要一般控制在10％以下，因而对产品的价格增加不大，但产品的吸水率却大幅度的增加，而且可以根据客户的需要随意控制交联羧甲基淀粉和丙烯腈-AMPS接枝淀粉的比例，从而随意控制复配淀粉基高吸水性树脂产品的吸水率。
本产品的安全性肯定比目前所使用的化学合成高吸水性树脂要好，产品主要为淀粉制品，其生物可降解性极好，进行的酶分解试验也充分证明了产品具有良好的分解速度，在加入淀粉酶进行试验的情况下，15分钟即可全部分解，废弃在自然环境中，也能被自然环境中的微生物快速降解。因而使用本产品的尿不湿包装袋还可做成布袋，使用后浸在酶液中分解，从而成为可循环使用的环保产品，进一步降低本产品的总体使用成本。
将上述两种淀粉组分结合起来，制备一种新型复合材料，可以充分发挥这两种淀粉组分的优点，克服其缺点，从而制备出能与化学合成的高吸水性树脂竞争的复配淀粉基高吸水性树脂。
具体实施方式
实施例1：
交联羧甲基淀粉的质量指标：羧甲基取代度为0.6，交联度为每100个葡萄糖单位有0.1个交联基团；丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量指标为：丙烯腈质量百分比含量为25％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸百分比含量为5％，淀粉百分含量为70％；
交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量比为90∶10，进行充分混合；
糊化：在捏合机中进行糊化，糊化温度80℃，时间40min；
制片：在滚筒干燥机中进行制片，制片温度为120℃，时间为10min；粉碎、筛分：用低速搅龙粉碎，使其成为一定大小的片状物；然后先后用18目和80目筛进行筛分。收集大于80目而小于18目的片状物为产品。
产品的吸蒸馏水倍率为800倍，吸生理盐水的倍率为60倍。
实施例2：
交联羧甲基淀粉的质量指标：羧甲基取代度为0.1，交联度为每100个葡萄糖单位有1.8个交联基团；丙烯——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量指标为：丙烯腈质量百分比含量为40％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸百分比含量为8％，淀粉百分含量为52％；
交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量比为99∶1，进行充分混合；
糊化：在捏合机中进行糊化，糊化温度120℃，时间20min；
制片：在滚筒干燥机中进行制片，制片温度为160℃，时间为3min；粉碎、筛分：用低速搅龙粉碎，使其成为一定大小的片状物；然后先后用18目和80目筛进行筛分。收集大于80目而小于18目的片状物为产品。
产品的吸蒸馏水倍率为300倍，吸生理盐水的倍率为20倍。
实施例3：
交联羧甲基淀粉的质量指标：羧甲基取代度为0.3，交联度为每100个葡萄糖单位有1.0个交联基团；丙烯腈质量百分比含量为75％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸百分比含量为10％，淀粉百分含量为15％；
丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量指标为：
交联羧甲基淀粉和丙烯腈——2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量比为95∶5，进行充分混合；
糊化：在捏合机中进行糊化，糊化温度100℃，时间30min；
制片：在滚筒干燥机中进行制片，制片温度为140℃，时间为6min；粉碎、筛分：用低速搅龙粉碎，使其成为一定大小的片状物；然后先后用18目和80目筛进行筛分。收集大于80目而小于18目的片状物为产品。
产品的吸蒸馏水倍率为400倍，吸生理盐水的倍率为30倍。
Claims (2)
1、一种复配淀粉基高吸水性树脂的制备方法，其特征是采用交联羧甲基淀粉和，丙烯腈和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉进行复配，将两种原料经混合、糊化、制片、粉碎、筛分制得易生物降解的复配淀粉基高吸水性树脂成品；
交联羧甲基淀粉的质量指标：羧甲基取代度为0.1-0.6，交联度为每100个葡萄糖单位有0.1-1.8个交联基团；
丙烯腈和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量指标为：丙烯腈质量百分比含量为25％-75％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸百分比含量为5％-10％，淀粉百分含量为15％-70％；
交联羧甲基淀粉和，丙烯腈和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量比为90-99∶1-10，进行充分混合；
糊化：在捏合机中进行糊化，糊化温度80-120℃，时间20-40min；
制片：在滚筒干燥机中进行制片，制片温度为120-160℃，时间为3-10min；
粉碎、筛分：用低速搅龙粉碎，使其成为一定大小的片状物；然后先后用18目和80目筛进行筛分，收集大于80目而小于18目的片状物为成品。
2、应用权利要求1所述方法制备的复配淀粉基高吸水性树脂，其特征是复配组分中交联羧甲基淀粉的质量百分含量为90％-99％，丙烯腈和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝共聚淀粉的质量百分含量为1％-10％；成品的吸蒸馏水的倍率为300-800倍，吸生理盐水的倍率为20-60倍；其使用后能用淀粉酶进行生物降解，降解时间能控制在15分钟内；其废弃在自然环境中，能被自然环境中的微生物快速降解。
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