CN106589441A - 一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将玉米淀粉加入水中，并于65‑80℃糊化30‑50分钟后，向反应容器中继续加入20wt%丙烯酸‑水溶液和引发剂，保温反应2‑4小时后，加入三元胺，继续反应0.5‑1小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；(2)向步骤(1)所得溶液A中加入β‑环糊精水溶液，于800‑1000转/分钟搅拌速度下搅拌20‑30分钟后，将凝胶冷冻干燥，粉碎，过筛即可。本发明在制备过程中，加入三元胺交联剂，使得吸水剂形成交联网络结构，吸水率更高，保水性更好，最后采用β‑环糊精包埋丙烯酸接枝改性淀粉，从而进一步提高吸水剂的保水性。

Description

一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法
技术领域
本发明属于功能高分子技术领域，具体涉及一种吸水剂的制备方法，尤其涉及一种高强度高吸水率的吸水剂的制备方法。
背景技术
超强吸水剂与传统的吸水性材料不同。传统的吸水性材料，如医药卫生中使用的脱脂棉、海绵、餐巾以及作为吸湿干燥用的硅胶、氯化钙、石灰、活性炭等，吸水能力较小，只能吸收自身质量的几倍至20倍的水，尤其保水能力更差，稍加压就失水。而超强吸水剂是一种吸水能力特别强的物质，可以吸收自身质量的几十倍乃至几千倍的水，吸水后即使加压也不脱水。
60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂。高吸水性树脂(SPA)又称超强吸水剂，是一种新型的功能高分子材料。这是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。它不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000倍，最高可达5000倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出。吸水树脂有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。淀粉类高吸水性树脂，是指淀粉与乙烯基单体在引发剂作用下或经辐射制得的吸水性淀粉接枝共聚树脂。
与当前主流产品丙烯酸类高吸水性树脂相比，淀粉接枝共聚高吸水性树脂因淀粉原料来源丰富，价格低廉，为其合成提供了优越的供应条件；其独特的吸水性能、优异的保水性能及良好的加工性能，为其应用奠定了良好基础。缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，使其应用范围受到限制。
发明内容
本发明提供了一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法，在采用丙烯酸接枝改性淀粉的过程中，加入三元胺交联剂，使得吸水剂形成交联网络结构，吸水率更高，保水性更好，最后采用β-环糊精包埋丙烯酸接枝改性淀粉，能进一步提高吸水剂的保水性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将玉米淀粉加入水中，并于65-80℃糊化30-50分钟后，向反应容器中继续加入20wt％丙烯酸-水溶液和引发剂，保温反应2-4小时后，加入三元胺，继续反应0.5-1小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；引发剂引发淀粉产生淀粉自由基，并与丙烯酸自由基发生聚合反应，制得丙烯酸接枝改性淀粉，再加入三元胺，可与丙烯酸的羧基发生缩合反应，从而形成交联网络结构，增加吸水剂的强度和保水性。
(2)向步骤(1)所得溶液A中加入β-环糊精水溶液，于800-1000转/分钟搅拌速度下搅拌20-30分钟后，将凝胶冷冻干燥，粉碎，过筛得所需高强度高吸水率吸水剂。β-环糊精能包覆在淀粉接枝物的表面，形成一定的核壳结构，从而进一步提高吸水剂的保水性。β-环糊精包覆过程中的搅拌速度和时间也是影响包覆均匀度和分子链长度的重要因素，搅拌速度过慢，搅拌时间过短，则包覆均匀度差，吸水剂分散不均匀，易团聚；搅拌速度过快，搅拌时间过长，则易导致聚合物分子链断裂，吸水剂强度降低。
作为优选，步骤(1)中所述三元胺为二乙烯三胺或三(2-氨乙基)胺，需选择水溶性三元胺。
作为优选，步骤(1)中所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
作为优选，步骤(1)中所述玉米淀粉和水的质量比为1:10-15。
作为优选，步骤(1)中所述玉米淀粉、丙烯酸-水溶液、引发剂和三元胺的质量比为1：1.25-2.5:0.03-0.05:0.1-0.3。
作为优选，步骤(2)中所述β-环糊精水溶液的质量浓度为15-20％。
作为优选，步骤(2)中所述溶液A和β-环糊精水溶液的质量比为1:3-5。
本发明的有益效果为：
本发明在制备丙烯酸接枝改性淀粉的过程中，加入三元胺交联剂，使得吸水剂形成交联网络结构，吸水率更高，保水性更好，且能提高吸水后凝胶的强度，最后采用β-环糊精包埋丙烯酸接枝改性淀粉，从而进一步提高吸水剂的保水性。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
(1)将10g玉米淀粉加入100g水中，并于70℃糊化40分钟后，向反应容器中继续加入20g 20wt％丙烯酸-水溶液和0.3g过硫酸钾，保温反应3小时后，加入2g二乙烯三胺，继续反应1小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；
(2)取50g溶液A加入三口瓶中，再加入200g 15wt％β-环糊精水溶液，于800转/分钟搅拌速度下搅拌30分钟后，将凝胶取出经冷冻干燥，粉碎，过筛得7.8g吸水剂。
实施例2
(1)将10g玉米淀粉加入120g水中，并于65℃糊化50分钟后，向反应容器中继续加入12.5g 20wt％丙烯酸-水溶液和0.1g过硫酸钾，保温反应2小时后，加入1g二乙烯三胺，继续反应0.5小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；
(2)取50g溶液A加入三口瓶中，再加入150g 20wt％β-环糊精水溶液，于900转/分钟搅拌速度下搅拌25分钟后，将凝胶取出经冷冻干燥，粉碎，过筛得8.2g吸水剂。
实施例3
(1)将10g玉米淀粉加入150g水中，并于80℃糊化30分钟后，向反应容器中继续加入25g 20wt％丙烯酸-水溶液和0.2g过硫酸铵，保温反应4小时后，加入3g三(2-氨乙基)胺，继续反应0.8小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；
(2)取50g溶液A加入三口瓶中，再加入250g 18wt％β-环糊精水溶液，于1000转/分钟搅拌速度下搅拌20分钟后，将凝胶取出经冷冻干燥，粉碎，过筛得7.5g吸水剂。
比较例1
(1)将10g玉米淀粉加入100g水中，并于70℃糊化40分钟后，向反应容器中继续加入20g 20wt％丙烯酸-水溶液和0.3g过硫酸钾，保温反应4小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；
(2)取50g溶液A加入三口瓶中，再加入200g 15wt％β-环糊精水溶液，于800转/分钟搅拌速度下搅拌30分钟后，将凝胶取出经冷冻干燥，粉碎，过筛得7.4g吸水剂。
比较例2
将10g玉米淀粉加入100g水中，并于70℃糊化40分钟后，向反应容器中继续加入20g 20wt％丙烯酸-水溶液和0.3g过硫酸钾，保温反应3小时后，加入2g二乙烯三胺，继续反应1小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A，将溶液A过滤，冷冻干燥，粉碎，过筛得7.2g吸水剂。
吸水剂性能测定：
1、吸水率测定：
取2g实施例1-3、比较例1-2所得吸水剂加入去离子水中，十分钟后取出水凝胶，吸干其表面水分，称取水凝胶重量，通过计算吸水前后，吸水剂的质量增加率即为该吸水剂的吸水率。
2、吸水剂吸水后凝胶的抗压缩强度测定：
将5g实施例1-3、比较例1-2所得吸水剂加入2000g去离子水中，控制吸水时间以得到吸水率相同的凝胶，再将凝胶放入密闭容器中，室温下放置4h后，使得凝胶溶胀均匀，将凝胶取出，切成10mm X 10mm X 10mm的立方体，采用万能试验机测定压缩强度，压缩速度为1mm/min。
3、保水性测定：
将5g实施例1-3、比较例1-2所得吸水剂加入2000g去离子水中，控制吸水时间以得到吸水率相同的凝胶，取质量为M1的凝胶置于室温下7天后，再测定凝胶质量为M2，计算保水率为M2/M1*100％。
所得测定结果见表1：
表1：
通过表1可以看出，三元胺交联剂的加入能提高吸水剂的吸水率和凝胶压缩强度，β-环糊精的加入能提高吸水剂的保水性能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1) 将玉米淀粉加入水中，并于65-80℃糊化30-50分钟后，向反应容器中继续加入20wt%丙烯酸-水溶液和引发剂，保温反应2-4小时后，加入三元胺，继续反应0.5-1小时后，冷却至室温，得含丙烯酸接枝改性淀粉的溶液A；
(2) 向步骤(1)所得溶液A中加入β-环糊精水溶液，于800-1000转/分钟搅拌速度下搅拌20-30分钟后，将凝胶冷冻干燥，粉碎，过筛得所需高强度高吸水率吸水剂。
2.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三元胺为二乙烯三胺或三(2-氨乙基)胺。
3.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
4.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述玉米淀粉和水的质量比为1:10-15。
5.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述玉米淀粉、丙烯酸-水溶液、引发剂和三元胺的质量比为1：1.25-2.5:0.03-0.05:0.1-0.3。
6.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述β-环糊精水溶液的质量浓度为15-20%。
7.如权利要求1所述高强度高吸水率吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述溶液A和β-环糊精水溶液的质量比为1:3-5。
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