全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 022200203
辐照引发马铃薯淀粉接枝制备吸水树脂
邵　赛　邓钢桥　刘德林　彭选明　谢洪科　邹朝晖
(湖南省原子能农业应用研究所 ,湖南 长沙　410125)
摘 　要 :利用60 Coγ射线辐照引发马铃薯淀粉接枝丙烯酸制备吸水树脂。考察了配方中的助剂及合成工
艺对吸水树脂性能的影响。采用助剂 X 和适当合成工艺得到的干燥吸水树脂 ,吸收蒸馏水 350gΠg , 吸
收自来水 157gΠg , 吸收 019 %的 NaCl 溶液 31gΠg。
关键词 :60 Coγ射线 ;辐照 ;淀粉 ;吸水树脂
PRODUCTION OF SUPER ABSORBENT FROM POTATO STARCH WITH IRRADIATION
SHAO Sai 　DENG Gang2qiao 　LIU De2lin 　PENG Xuan2ming 　XIE Hong2ke 　ZOU Zhao2hui
( Hunan Institute of Atomic Energy Application in Agriculture , Changsha , Hunan 　410125)
Abstract :60 Coγ2rays was used to initiate acrylic acid grafting of potato starch to produce super absorbent . The influence of
adjuvant and synthesis technology on the performance of super absorbent resin were investigated. The drying super absorbent
resin , was produced with assistant X and proper synthesis technology. Which could absorb distilled water 350gΠg ,tap water
157gΠg , 019 % sodium chloride 31gΠg , respectively.
Key words :60 Coγrays ;irradiation ; starch ; super absorbent
收稿日期 :2007207206 　接受日期 :2007211209
基金项目 :湖南省农业科学院重点学科资助项目 (湘农科 200528)
作者简介 :邵赛 (19732) ,男 ,湖南涟源人 ,副研究员 ,主要从事辐射化工研究。
　　吸水树脂具有很好的吸水性和保水性 ,在农林、园
艺、医疗、环境保护等方面有广泛的应用。淀粉接枝丙
烯酸盐系列吸水树脂因其成本较低 ,且淀粉大分子骨
架可生物降解 ,在农业上具有广阔的应用前景。国内
以淀粉接枝共聚反应制备吸水树脂时 ,接枝产物中淀
粉含量低 (20 %左右) ,而且反应体系中含水量高 (65 %
左右) ,使得干燥处理工序成本高 ,设备效率低。采用
化学引发剂的方法单体转化不完全 ,工艺复杂 ,这些原
因使得吸水树脂价格居高[1～9 ] 。我们采用60 Coγ射线
辐射接枝的方法 ,选取合适配方与合成工艺使接枝共
聚在常温常压下进行 ,提高了反应物料的浓度 ,使吸水
树脂中淀粉含量高达 30 % ,从而提高了生产效率 ,降
低了产品成本 ,改善了树脂的生物降解性。
1 　材料与方法
111 　主要试剂
马铃薯淀粉为化学纯 ,由上海化学试剂公司生产 ;
丙烯酸为分析纯 ,由天津大茂化学试剂厂生产 ;氢氧化
钠为分析纯 ,由长沙市分路口试剂化工厂生产。
112 　合成方法
将 2815 %(WΠW) 的氢氧化钠溶液与丙烯酸中和
(质量比为 1∶1139) ,利用中和反应放出的热量调节至
所需温度 ,再加入助剂。当所用的助剂为 OP210、吐温
- 20、聚乙二醇 - 6000 或助剂 X 中的一种时 ,其用量
为体系中丙烯酸用量的 1 %(WΠW) ;当助剂为乙醇、异
丙醇中的一种时 ,其使用量为体系中丙烯酸用量的
10 %(WΠW) 。最后加入马铃薯淀粉 (为丙烯酸质量的
30 %) ,搅拌糊化 ,并添加适量的水 ,使得每次反应体系
的固含量一致 ,均为 60 %。然后用一定剂量的γ射线
辐照引发反应体系聚合 ,制得含水凝胶。60 Coγ射线
辐照在湖南省原子能农业应用研究所进行。辐照剂量
用硫酸亚铁剂量计标定。将含水凝胶剪碎后置于红外
烘箱中 ,在试验指定的温度下干燥 ,恒重后粉碎即得干
燥树脂。含水凝胶或干燥树脂统称为吸水树脂。
002　 核 农 学 报　2008 ,22 (2) :200～202Journal of Nuclear Agricultural Sciences
113 　吸水树脂的性能测定
吸水树脂性能的测定通常采用吸水树脂吸收去离
子水或生理盐水等液体的倍数来表示[10 ] ,即称取一定
量的吸水树脂 ,放入待吸收的液体中 ,吸收达饱和后 ,
滤去游离的液体。根据 Q = (W1 - W0 )ΠW0 ×100 %来
计算树脂的吸液倍数 ,其中 W0 、W1 分别为吸液前后的
质量。
2 　结果与讨论
211 　不同助剂对吸水树脂吸液性能的影响
丙烯酸和氢氧化钠中和后加入马铃薯淀粉和助
剂 ,在 60 ℃下以 2kGy 剂量进行辐照聚合 ,得到的含水
凝胶剪碎后于 80 ℃下干燥 6h ,制得干燥树脂。助剂对
含水凝胶和干燥后树脂吸液性能的影响见表 1。
从表 1 可以看出 ,加入助剂 X 的树脂吸液倍数最
高 ,干燥后的吸水树脂吸收蒸馏水 302gΠg ,吸收自来水
142gΠg ,吸收 019 %的 NaCl 溶液 29gΠg。加入助剂的含
水凝胶和不加任何助剂 (即对照)的含水凝胶在干燥后
吸收液体的能力都减弱 ,即含水凝胶干燥后理论上的
吸液性能与实际相比 ,吸液倍数均降低。例如 :以乙醇
为助剂的体系固含量为 60 % ,合成的含水凝胶吸收自
来水倍数为 85gΠg ,理论上转化成干燥物质后的吸收自
来水倍数应为 85Π(60 %) = 133gΠg ,而实际干燥后吸收
自来水倍数为 78 gΠg (吸收其他液体的性能同样计
算) 。造成这种现象的原因 ,笔者分析一方面是淀粉中
大量的羟基和丙烯酸中的羧基在高温下发生了反应 ,
另一方面是淀粉在干燥的过程中发生了老化结晶 ,降
低了吸水树脂的吸收性能 ,助剂催化抑制了这些化学
或物理变化。
表 1 　2kGy 辐照对添加不同助剂树脂吸液性能的影响
Table 1 　The effects of 2 kGy irradiation on absorptive character of resins added defferent adjuvant
助剂
adjuvant
吸自来水倍数
absorbing tap water multiple (gΠg) 吸蒸馏水倍数absorbing distilled water multiple (gΠg) 吸 019 %NaCl 溶液倍数absorbing 019 % sodium
chloride multiple (gΠg)
含水凝胶
aqueous gel
干燥树脂
drying resin
含水凝胶
aqueous gel
干燥树脂
drying resin
干燥树脂
drying resin
分散剂 OP210 dispersant OP210 66 76 134 155 22
吐温220 tween220 70 82 141 165 23
乙醇 alcohol 85 78 175 161 23
异丙醇 isopropand 82 81 170 170 23
聚乙二醇26000 polyethylene glycol26000 80 93 160 199 25
空白 (不加助剂) blank(without adjuvant) 80 88 166 180 20
助剂 X(代号) adjuvant X(code) 97 142 207 302 29
212 　中和后温度对吸水树脂吸液性能的影响
利用氢氧化钠溶水后与丙烯酸发生中和反应放出
的热量调节温度分别至 30 ℃、40 ℃、50 ℃和 60 ℃。在
2kGy的剂量下辐照聚合 ,得到的含水凝胶剪碎后在
80 ℃下干燥 6h。从表 2 可以看出 ,中和后温度为 60 ℃
时 ,所有凝胶吸液性能最好。其原因可能是淀粉在较
高温度下糊化好 ,淀粉接枝率高。同时 60 ℃时丙烯酸
不自聚 ,故选择工艺参数为 60 ℃。
表 2 　中和后温度对树脂吸收 019 %NaCl 溶液的影响
Table 2 　Effect of temperature after neutrality on resin absorbing ability of 019 % NaCl solution
中和后温度
temperature after
neutrality( ℃)
吸收倍数 absorbing multiple (gΠg)
分散剂 OP210
dispersant OP210 吐温220tween220 乙醇alcohol 异丙醇isopropand 聚乙二醇26000polyethylene glycol26000 空白 (不加助剂)blank(without adjuvant) 助剂 X(代号)adjuvant X(code)
30 18 18 20 21 17 16 20
40 19 19 21 21 22 18 23
50 20 22 23 22 23 19 26
60 22 23 23 23 25 20 29
213 　干燥温度对吸水树脂吸液性能的影响
聚合后含水凝胶在一定温度下干燥 ,温度分别为
80 ℃、100 ℃、120 ℃,干燥时间均为 6h。结果发现除加
入助剂 X的凝胶吸液能力变化较小外 ,其他含水凝胶
干燥后的吸液能力均发生了较大变化 ,随着干燥温度
升高 ,吸液倍数逐渐降低。推测造成这种现象的原因 ,
102　2 期 辐照引发马铃薯淀粉接枝制备吸水树脂
可能是温度升高 ,吸水树脂的内部基团的相互作用加
剧 ,对吸水树脂的吸液能力造成负面影响。而加入助
剂 X样品的吸液能力基本不随干燥温度的变化而变
化 ,即吸液能力恒定 ,这是由于助剂 X 能抑制吸水树
脂内部基团的相互作用。因此干燥温度选取为 80 ℃。
表 3 　干燥温度对树脂吸液性能的影响
Table 3 　Effect of drying temperature to
resin absorptive character (gΠg)
助剂
adjuvant
干燥温度 drying temperature ( ℃)
80 100 120
分散剂 OP210dispersant OP210 22 18 15
吐温220tween220 23 19 16
乙醇 alcohol 23 16 15
异丙醇 isopropand 23 16 15
聚乙二醇26000polyethylene glycol26000 25 20 19
空白 (不加助剂) blank(without adjuvant) 20 17 16
助剂 X(代号) adjuvant X(code) 29 30 29
214 　干燥时间对树脂吸液性能的影响
选取加入异丙醇和助剂 X 的样品进行试验 ,干燥
温度为 80 ℃。从图 1 可以看出 ,干燥时间对加入异丙
醇的样品吸液性能有影响 ,当干燥时间为 415 - 6h 时 ,
吸液倍数逐渐升高 ,达 6h 左右时 ,吸液倍数最高 ,之后
吸液倍数则逐渐降低 ,而对加入助剂 X的样品基本上没
有影响。这可能是由于加入异丙醇的样品在干燥的过
程中树脂内部不同基团相互作用 ,这种作用随时间而变
化 ,从而影响了树脂吸液性能。而添加的助剂 X阻止了
热作用对树脂性能的影响 ,所以吸液性能比较稳定。
图 1 　干燥时间对树脂吸收 019 % NaCl 溶液的影响
Fig. 1 　Effect of drying time on resin
absorbptive ability of 019 % NaCl solution
215 　辐照剂量对吸水树脂吸液性能的影响
在前面的试验中 ,先采用假定的 2kGy 辐照。当助
剂固定为助剂 X采用辐照聚合时 ,研究了剂量为 2、4、
6、8 和 10kGy 的辐照对吸水树脂吸液性能的影响。由
图 2 可以看出 ,随着辐照剂量的增大 ,交联度也逐渐增
大 ,产物吸液倍数随之增大。当吸收剂量为 4kGy 时 ,
吸液倍数达到最大 ,此时干燥树脂吸收自来水倍数为
157gΠg ,吸收蒸馏水倍数为 350gΠg ,吸收 019 % NaCl 溶
液倍数为 31gΠg ,含水凝胶吸收自来水倍数为 107 gΠg ,
吸收蒸馏水倍数为 236gΠg ,剂量超过 4 kGy ,随着剂量
的增大 ,吸液倍数逐渐减小。
图 2 　辐照剂量对树脂吸收性能的影响
Fig. 2 　Effect of radiation dose on resin
absorpive character
3 　结论
311 　利用60 Coγ射线辐照引发马铃薯淀粉接枝丙烯
酸制备了吸收蒸馏水 350gΠg ,吸收自来水 157gΠg ,吸收
019 % NaCl 溶液 31gΠg 的干燥吸水树脂。
312 　采用助剂 X ,中和后温度为 60 ℃,辐照剂量为
4kGy ,干燥时间为 6h ,干燥温度为 80 ℃,制备了性能相
对较好的吸水树脂。
(下转第 232 页)
202 Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2008 ,22 (2) :200～202
膜结构完整和功能正常。并且铜能显著促进日粮营养
物质的消化吸收与代谢 ,从而增加生殖激素的合成与
分泌[14 ] 。当铜含量增大到一定程度时反而效果下降
是因为铜元素具有两面性 ,牛对铜的需要有一个适宜
范围 ,低于适宜范围下限 ,导致铜缺乏 ,超过适宜范围
上限 ,会导致中毒。虽然本试验 24mgΠkg 的处理未达
到中毒剂量 ,但根据报道 ,铜过量时对动物繁殖功能会
造成不利的影响 ,母畜受胎率和产仔数均下降 ,仔畜发
育迟缓[15 ] ,并会导致营养物质消化代谢降低[14 ] ,从而
抑制生殖激素的合成与分泌。
日粮添加 8mg 铜Πkg 的硫酸铜显著提高了发情周
期生殖激素的分泌水平 ,兼顾基础日粮的含铜量 ,建议
以硫酸铜为铜源时日粮铜水平为 13187mgΠkg 为宜。
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(上接第 202 页)
313 　吸水树脂合成过程中加入淀粉 ,在吸水树脂内部
引入了多种活性基团 (如淀粉中含有大量羟基) ,因此
影响吸水树脂性能的因素增加 ,故要采取多种手段 ,选
择合适配方工艺 ,进一步提高吸水树脂的吸液性能。
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