淀粉接枝聚脒的合成方法研究

论文摘要

单纯的单体共聚所得的聚脒存在分子量小、成本高的缺点,使其在应用中受到很大程度的限制。淀粉分子带多个羟基,易于实现酯化、醚化、氧化、交联、接枝等反应,而且淀粉接枝共聚物在高分子絮凝剂、高吸水材料、造纸工业助剂、油田化学材料、可降解地膜和塑料等多方面的实际应用中具有优异的性能。因此本课题开展淀粉接枝聚脒方法的研究,以合成出分子量大、成本低的阳离子絮凝剂。以天然多羟基高分子物质——淀粉为原料,首次通过交替接枝丙烯腈、N-乙烯基甲酰胺双乙烯基单体制备淀粉接枝聚脒。本研究主要采用水溶液接枝聚合生成中间体,再在酸性介质中直接脒化的工艺,优化了各项反应条件,具体为:（1）中间体接枝聚合的条件为:淀粉11.1%（wt）,采用双引发剂用量为0.440%（wt）,单体AN与NVF质量比1:1,反应温度50℃,反应时间5h。（2）脒化条件为:盐酸用量11.1%（wt）,脒化温度95℃,脒化时间1.5h。用FT-IR分别对可溶性淀粉、接枝中间体、接枝聚脒的结构组成进行了表征,对产品的性质——电荷密度和特性粘度进行了研究和评价。结果表明两种单体AN和NVF成功地接枝在了淀粉上,成功合成出了淀粉接枝聚脒;所得到的接枝聚脒的特性粘度为1.94dL·g-1,电荷密度为2.29mmol·g-1。此外,对产物的絮凝性能进行了评价——对处理城市生活污水的研究发现,接枝聚脒的添加量为25.0mg·L-1时,其处理污水的浊度为4.2NTU;对采油含聚污水的油水分离的研究表明,接枝聚脒的加入量达50.0mg·L-1时,含油量从原来的1043.16mg·L-1降低到20.0mg·L-1,均表现出优异的处理效果。此外还做了单引发剂接枝聚合,尝试了种子聚合等其它聚合方法,取得了一定的效果。在此基础上研究了淀粉接枝共聚反应中引发剂、淀粉、单体浓度的变化对接枝效率和接枝共聚反应速率的影响,确定了接枝反应速率及表观活化能。从目前查阅的资料来看,淀粉接枝聚脒的研究在国内、外均未见文献报道,有重要创新。但是由于脒化在酸性条件下进行,因此存在淀粉的水解、收率低等问题。由于实验时间的限制暂时未能找到更好的解决办法,以后有待于进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 淀粉接枝共聚反应的国内外研究现状
• 1.2.1 淀粉衍生物与接枝物研究概况
• 1.2.2 典型的淀粉接枝共聚物的制备
• 1.2.3 淀粉接枝物的性能研究现状
• 1.2.4 淀粉接枝物的应用研究现状
• 1.3 聚脒研究的国内外现状
• 1.3.1 聚脒的合成研究现状
• 1.3.2 聚脒的性能研究现状
• 1.3.3 聚脒的应用研究现状
• 1.4 本研究的目标和合成路线
• 1.5 本课题的创新性
• 第二章 实验原理
• 2.1 化学反应原理
• 2.1.1 接枝反应原理
• 2.1.2 脒化反应原理
• 2.2 溶液聚合方法原理
• 2.2.1 溶液聚合方法
• 2.2.2 种子聚合方法
• 2.2.3 直链聚脒的聚合方法
• 2.3 淀粉接枝聚脒性能研究原理
• 2.3.1 分子量表征原理
• 2.3.2 电荷密度测量原理
• 2.4 淀粉接枝聚脒应用研究原理
• 2.4.1 絮凝作用原理
• 2.4.2 接枝聚脒用于含聚污水油水分离的原理
• 第三章 实验
• 3.1 实验仪器及药品
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验药品
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 中间体的合成
• 3.2.2 脒化实验
• 3.2.3 产率的测量
• 3.2.4 表征
• 3.2.5 性能测定实验
• 3.2.6 应用实验
• 第四章 接枝聚脒的制备研究
• 4.1 接枝中间体聚合条件的优化
• 4.1.1 单引发剂接枝聚合的条件优化
• 4.1.2 双引发剂接枝聚合的条件优化
• 4.2 种子接枝聚合的探索
• 4.3 脒化实验条件的优化
• 4.4 直链聚脒的合成方法的探索
• 4.4.1 聚丙烯腈的合成
• 4.4.2 聚丙烯腈与酰胺基单体在酸性条件下的脒化
• 4.5 本章小结
• 第五章 接枝聚脒的接枝反应动力学研究
• 5.1 实验方法与步骤
• 5.1.1 产品的制备及接枝效率的计算
• 5.1.2 产品抽提时间的确定
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 反应物浓度对反应速率的影响
• 5.2.2 反应活化能的确定
• 5.3 本章小结
• 第六章 接枝聚脒的性能及应用研究
• 6.1 接枝聚脒的表征
• 6.1.1 红外谱图分析
• 6.1.2 接枝聚脒特性粘度的测定
• 6.1.3 接枝聚脒电荷密度的测定
• 6.2 接枝聚脒的应用性能研究
• 6.2.1 接枝聚脒用于污水絮凝
• 6.2.2 接枝聚脒用于三次采油污水的油水分离
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢