玉米淀粉接枝丙烯酰胺的合成及吸水性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

高吸水性树脂是一类含有强亲水性基团的水溶胀型功能高分子材料，具有超强的吸水能力和保水能力，被广泛应用于农林园艺、卫生材料、食品保鲜剂、化学蓄冷、防水涂料等领域。因此，对淀粉基吸水树脂的接枝改性及其吸水性能研究，对于提高吸水材料的性能，降低产品成本，拓宽应用领域等具有重要意义。

2. 国内外研究现状分析

高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，可按以下几个方面进行分类。按原料来源主要分为：淀粉系，包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等；纤维素系，包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等；合成树脂系，包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。按亲水基团的种类主要分为：阴离子系，包括羧酸类、磺酸类、磷酸类等；阳离子系，包括叔胺类、季胺类等；两性离子系，包括羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；非离子系，包括羟基类、酰胺基类等；多种亲水基团系，包括羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。

上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。高吸水性树脂是20世纪60年代发展起来的。最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中将其用做植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水分；之后，Fanta等于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的报道。从此世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。1975年，美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直到1978年才由日本的三洋化成工业公司率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一次性尿布，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们的重视。20世纪70年代末，美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型的高吸水性树脂，其吸水能力高达2 000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物的大门。20世纪80年代出现了以天然化合物及其衍生物（藻酸盐、聚氨基酸、壳聚糖、蛋白质等）为原料制取的高吸水性材料，同时，还出现了高吸水性树脂研究进展材料，因其能够改善吸水性材料的耐盐性、吸水速度、水凝胶的强度，所以发展迅速。20世纪90年代初，吸水性树脂的研究更是突飞猛进。最新开发了对环境友好的聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解的复合纤维或无纺布材料、高吸水性树脂泡沫、芳香性卫生用品、室内装饰性凝胶材料等。目前，日本触媒、三洋化成及德国Stockhausen 三大生产集团掌握了全球高吸水性树脂70%的市场。在过去的20年中，世界高吸水性树脂的市场需求持续强劲增长，从1986年世界的高吸水性树脂产量不足0.5万t/a，上升到2001年的125万t/a。目前全球高吸水性树脂的生产和需求几乎都呈直线上升趋势。2.2 国内发展我国从上世纪80年代才开始研制高吸水性树脂。1982年，中科院化学研究所的黄美玉等在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂。在80年代后期，由20多个单位与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类的高吸水性树脂，建成国内第一套100 t/a的生产装置。1985年，北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂的专利，到2006年底，我国已申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇衍生物等高吸水性树脂方面。上世纪90年代末，我国已将高吸水性树脂在农业领域的应用列为重大科技推广项目。吉林省开展的移植苗木研究、黑龙江省开展的种子培育研究均取得了可喜的成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等单位也开展了高吸水性树脂的研究工作，开发出一系列新型有机-无机复合材料、可生物降解高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树脂，并成功地应用于西北的干旱土壤改良、油田堵水等工作。高吸水性树脂在我国有着巨大的市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，目前我国所需的高吸水聚合物大部分仍需要进口。如何加强高吸水性树脂吸水理论的研究，并开发出性能良好、价格低廉的产品，这些都需要研究者们做进一步的努力。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

研究内容：本论文主要制备淀粉和丙烯酰胺的接枝聚合物，过硫酸铵为引发剂， 采用接枝共聚法制备玉米淀粉接枝丙烯酰胺高吸水性树脂。考察反应温度、反应时间、引发剂用量、单体质量比等对树脂吸水性能的影响。

研究计划：

4. 研究创新点

玉米淀粉原料丰富 价格低廉且安全卫生,由其制取的吸水树脂具有良好的生物降解性和环境友好性 并且生产工艺简单 可进行规模化大生产，本实验通过控制一个变量,其他条件不变来研究反应的最佳合成条件，与一般合成方法相比，效果较为理想,选用玉米淀粉有效降低成本，实验成本降低。