淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物——水溶液聚合（一）

時(shí)間：2023-03-24 17:30:20來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物——水溶液聚合（一）

[db:作者] / 2022-12-29 00:00

[制備方法]將帶有電動攪拌器、溫度計(jì)、氮?dú)膺M(jìn)出口管的四頸玻璃反應(yīng)瓶置于恒溫水浴中，升至一定溫度，然后加入準(zhǔn)確稱量的淀粉和反應(yīng)介質(zhì)，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌1.0h后冷卻至30℃，加入引發(fā)劑，反應(yīng)30min后加人準(zhǔn)確稱量的丙烯酰胺單體，反應(yīng)3.0h。產(chǎn)物用甲醇、丙酮、乙醚洗滌，并用體積比為1：1的N，N-二甲基甲酰胺和冰醋酸混合液抽提除去均聚物，真空干燥至恒定質(zhì)量。

淀粉能否與丙烯酰胺單體發(fā)生反應(yīng)，除與單體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)外，還取決于淀粉大分子上是否存在活化的自由基。自由基可用物理或化學(xué)激發(fā)的方法產(chǎn)生。國內(nèi)外的科研工作者已在這方面做了大量的研究工作。Fanta等和Hofreiter等采用Co60的Y射線輻照來引發(fā)淀粉-AM的接枝共聚。但最常用的還是化學(xué)引發(fā)方法，一般用Ce4+、H2O2/Fe2+、K2S2O8/KHSO3、NH4S2O8/NaHSO3或K2S2O8/Na2S2O3、偶氮二異丁腈、KMnO4等為引發(fā)劑，其中Ce4+引發(fā)效能高，均聚物含量低。除Ce4+外，Ranby等采用[Mn(H2P2O7)3]3-作引發(fā)劑，也取得了很高的引發(fā)效果。但是有關(guān)引發(fā)劑的引發(fā)效率的比較以及不同的反應(yīng)介質(zhì)與接枝效果的關(guān)系這方面的研究工作報(bào)道較少，因此筆者就不同引發(fā)劑以及不同的反應(yīng)介質(zhì)與接枝效果的關(guān)系作了詳細(xì)的研究，并探討了淀粉與丙烯酰胺的接枝機(jī)理。

影響淀粉接枝反應(yīng)的主要因素有引發(fā)劑的種類及濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、單體用量、反應(yīng)介質(zhì)等。

(1)引發(fā)劑種類

在其他條件相同的情況下，利用8種不同引發(fā)劑引發(fā)淀粉PAM接枝共聚，試驗(yàn)結(jié)果見表3-33。從表中可看出，F(xiàn)e2+/CH3(CO)OOH的引發(fā)效果最好，單體轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.6%，接枝效率為62.3%，接枝量為38.3%，[Mn(H2P2O7)3]3-、Fe2+/H2O2次之，釩酸鈉最差。因此，擬采用Fe2+/CH3(CO)OOH為淀粉-PAM接枝共聚的引發(fā)劑。

(2)引發(fā)劑濃度

在0.25×10-8~1.0×10-8 mol/L范圍內(nèi)，接枝效率、單體轉(zhuǎn)化率和接枝量均隨著引發(fā)劑Fe2+/CH3(CO)OOH濃度的增大而增大；當(dāng)Fe2+/CH3(CO)OOH濃度超過1.0×10-3 mol/L時(shí)，接枝效率和接枝量則隨著引發(fā)劑濃度的增大而呈遞減趨勢(見圖3-6)，引發(fā)劑濃度增大引起接枝效率下降的主要原因可能是由于過量的淀粉游離基加速了鏈終止反應(yīng)，從而引起接枝效率的下降。因此，引發(fā)劑的最佳濃度為1.0×10-3 mol/L。

表3-33 引發(fā)劑種類對接枝效果的影響

圖3-6 引發(fā)劑濃度對接枝效果的影響

注：淀粉用量10.0g(絕干質(zhì)量)，丙烯酰胺

用量10.0g，25℃，3.0h。

圖3-7 溫度對接枝效果的影響

注：淀粉用量10.0g(絕干質(zhì)量)，丙烯酰胺用量10.0g，

引發(fā)劑濃度1.0×10-3 mol/L，3.0h。

(3)溫度

圖3-7表明溫度升高有利于提高單體的轉(zhuǎn)化率，但是隨著溫度的升高，接枝效率呈下降趨勢。這可能是隨著溫度升高，CH3(CO)OOH的分解速度加快，淀粉游離基增多，與此同時(shí)能引起鏈終止反應(yīng)的Fe3+也相應(yīng)增多，從而有利于丙烯酰胺均聚物的產(chǎn)生，提高單體的轉(zhuǎn)化率，并引起接枝效率的下降。因此，聚合反應(yīng)溫度宜控制在20～30℃。

(4)反應(yīng)時(shí)間

接枝效率、單體轉(zhuǎn)化率和接枝量均隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，但當(dāng)反應(yīng)3h后，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間有利于丙烯酰胺均聚物的生成，接枝到單體上的聚合物反而減少，即接枝效率略為降低(如圖3-8所示)，因此接枝反應(yīng)以3h為宜。

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