反應(yīng)條件對(duì)淀粉基水凝膠性能的影響

1、2015屆畢業(yè)生畢業(yè)論文題 目：反應(yīng)條件對(duì)淀粉基水凝膠性能的影響院系名稱(chēng)：材料學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí):高材 32學(xué)生： 贛東 學(xué) 號(hào)：201126910706 指導(dǎo)教師：苗蔚教師職稱(chēng):副教授2015年 05月 20日畢業(yè) 論文中 文摘要摘要隨看生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域上對(duì)于不同性能的水凝膠需求的不斷増加，市場(chǎng) 上對(duì)于不同功能性的水凝膠制備需求也越來(lái)越廣泛。由此,越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)于 水凝膠的研究越來(lái)越重視,尤其是對(duì)于制備過(guò)程中不同條件對(duì)于最終的產(chǎn)品主要 功能性質(zhì)的影響對(duì)于水凝膠新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)越發(fā)重要。本題就是以淀粉(St)、丙烯酸 (AA 丙烯酰胺(AM )為原料,N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA )

2、為交聯(lián)劑, 過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，傳統(tǒng)的攪拌式制備淀粉(St)丙烯酸(AA )炳烯酰胺(AM ) 半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠為例，就其中淀粉含量、制備過(guò)程中AA的中和度、交聯(lián)劑的 含量和AA/AM預(yù)聚體中AA和AM的配比四個(gè)方面對(duì)于所制備的淀粉基水凝膠 本身的吸水性、保水性等方面的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)組,所得樣品綜合吸水的倍率為 210g/g-i，吸水速率最好的是丙烯酸/丙烯酰胺配比為1:1,熱穩(wěn)定環(huán)境下最好 的是交聯(lián)劑為0.0182go同時(shí)，與同組同學(xué)的超聲波制備的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，就超聲波制備和傳統(tǒng)制備 所得產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，區(qū)別傳統(tǒng)制備方法和超聲波制備方法之間的差異性。以此， 本課題試總結(jié)出出制備過(guò)程中較常見(jiàn)的條件

3、對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響。關(guān)鍵詞：淀粉；丙烯酸/丙烯酰胺；半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物;吸水性.畢業(yè) 論文外 文摘要TitleEffect of different conditions on the properties ofstarch basedhydrogelAbstractWith the increasing demand for different hydrogels in the fields of Biochemistry and medicine, the need for the preparation of different functional hydrogels is becomin

4、g more and more extensive. Thusz more and more scholars hydrogels was studied more and more attention, especially for the preparation process in different conditions on the final product properties for hydrogel new product development more and more importa nt. Onto logy is to starch (st), acrylic ac

5、id (AA) and acrylamide (AM) as raw materials, N, n methylene bis acrylamide (MBA) as crosslinking agent； potassium persulfate as initiator, the traditional mixing of preparing starch (st) acrylate (AA) / acrylamide (AM) semi interpe negating network hydrogel as an example, which starch con tent, pre

6、paration of AA in the process of neutralization degree, crosslinking agent content and AA / am pre poly body in AA and am ratio for the four of starch based hydrogels water absorption, water retention effect. According to the experimental group, the composite water absorption rate of the sample is 2

7、10g/g-l, the best water absorption rate is acrylic / acrylamide ratio is l:lz and the heat stable environment is the crosslinking agent 0.0182g.At the same timez with the same group of students ultrasonic preparation compared with experimental results, ultrasonic preparation and traditional preparat

8、ion products obtained were compared，difference of traditional preparation method and ultrasonic method for preparing the differences between the methods. Thus, this subject conditions are relatively common in the preparation process summed up on the nature of the product.Keywords Starch ; Acrylic ac

9、id/Acrylamide ; Semi-interpenetrating Polymer Network; Hydroscopicity1引言11.1水凝膠11.1.1 定義11.2水凝膠的分類(lèi)11.3水凝膠的制備方法 21.3.1化學(xué)方法制備水凝膠 21.3.2物理水凝膠的制備 31.4半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠 32實(shí)驗(yàn)部分32.1實(shí)驗(yàn)藥劑和設(shè)備 32.2實(shí)驗(yàn)步驟42.3實(shí)驗(yàn)組藥劑組分配比 42.4檢測(cè)實(shí)驗(yàn)52.4.1吸水倍率實(shí)驗(yàn) 52.4.2吸水速率實(shí)驗(yàn) 62.4.3保水性實(shí)驗(yàn) 62.4.4紅外光譜實(shí)驗(yàn)63結(jié)果與討論63.1吸水性63.1.1吸水倍率73.1.2吸水速率83.2保水性103.3紅

10、外光譜分析133.4結(jié)果分析143.4.1淀粉含量143.4.2丙烯酸的中和度 14343交聯(lián)劑的含量 143.4.4丙烯烯酰胺的配比14結(jié)論16致謝17參考文獻(xiàn)181引言隨看時(shí)代的進(jìn)步,人們的生活水平提高,不論男女老少對(duì)于自身健康的關(guān)注度 不斷的提高。由此,近些年有關(guān)自身健康的領(lǐng)域不斷的被開(kāi)發(fā)且飛速發(fā)展,尤其例 如日用化妝品、可用在食品的保鮮劑、醫(yī)療中的藥物載體、外敷醫(yī)用貼、醫(yī)學(xué)手術(shù) 等領(lǐng)域中,水凝膠由于其自身的高吸水性和高保水性都有很大的作用。當(dāng)然除開(kāi)這 些領(lǐng)域,有些水凝膠在高吸水性和高保水性的基礎(chǔ)上又產(chǎn)生了其他優(yōu)良的性質(zhì),因 此在其他農(nóng)用、化工、建筑輔助材料等領(lǐng)域都有不俗的發(fā)揮。這是因?yàn)?/p>

11、水凝膠的性 質(zhì)可以根據(jù)其制備、改性等方面來(lái)調(diào)整,而且調(diào)整的圍非常的廣泛，所以所得到的 水凝膠的成品性質(zhì)也是千變?nèi)f化的。因此對(duì)水凝膠的研究應(yīng)有以初期的合成和后 期的各領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)的改性兩個(gè)方面為主，而本次實(shí)驗(yàn)既是從合成方面入手研究合成 時(shí)不同條件對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響。1.1水凝膠1.1.1定義水凝膠是一類(lèi)具有親水基團(tuán)，能被水溶脹但不溶于水的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚 合物。它能在富含水的環(huán)境中吸收大量的水分，以至使自己發(fā)生顯著溶脹，并且在 溶脹的同時(shí)能夠保持其結(jié)構(gòu)而不發(fā)生溶解，因此它擁有很強(qiáng)的保水能力。112水凝膠的分類(lèi)由于根據(jù)水凝膠的不同性質(zhì)的產(chǎn)品多種多樣,水凝膠的分類(lèi)也是多種多樣的。 本文就只在水凝膠網(wǎng)

12、絡(luò)鍵合的不同、制備水凝膠的原料的不同和對(duì)外界刺激的響應(yīng) 不同。(1)網(wǎng)絡(luò)鍵合根據(jù)鍵合性質(zhì)的不同，可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠兩大類(lèi)。物理凝膠是通過(guò)物 理作用力如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等偏物理的方式形成的，這種凝膠是非永久 性的，由于通過(guò)加熱凝膠可轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?所以也稱(chēng)之為假凝膠或熱可逆凝膠。由此, 許多天然高分子在常溫下呈穩(wěn)定的凝膠態(tài)的大多數(shù)，如k2型角叉菜膠、瓊脂等也在 水凝膠的圍之；而就合成聚合物而言,聚乙烯醇(PVA )經(jīng)過(guò)冰凍融化處理,可得 到在60°C以下穩(wěn)定的水凝膠,是一典型的物理凝膠例子。而與之相對(duì)的，化學(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物,是永久性的, 又稱(chēng)為真凝膠。

13、(2) 合成原料根據(jù)合成原料的不同,水凝膠又分為合成高分子類(lèi)水凝膠和天然高分子類(lèi)水凝 膠。而這兩者而言,天然高分子由于具有更好的生物相容性、對(duì)環(huán)境的敏感性以及 豐富的來(lái)源、低廉的價(jià)格,因而相對(duì)與合成高分子類(lèi)水凝膠而言更加的被人看好, 并且研究的價(jià)值更高。然而相對(duì)于物理類(lèi)水凝膠的原料廣泛,天然高分子材料穩(wěn)定 性較差并且易降解,這也是眾多研究人員所面臨的最大的難題之一2】。(3) 外界響應(yīng)根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況可分為傳統(tǒng)的水凝膠和環(huán)境敏感的水凝膠兩 大類(lèi)。傳統(tǒng)的水凝膠既是值對(duì)環(huán)境的變化如溫度或pH等的變化不敏感,相對(duì)的環(huán) 境敏感的水凝膠是指自身能感知外界環(huán)境(如溫度、pH、光、電、壓力等)

14、微小的 變化或刺激,并對(duì)產(chǎn)生相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的一類(lèi)高分子凝膠, 此類(lèi)凝膠的突出特點(diǎn)是在對(duì)環(huán)境的響應(yīng)過(guò)程中其溶脹行為有顯著的變化,而合理利用這種刺激響應(yīng)的持性可將其用做傳感器、控釋開(kāi)關(guān)等自動(dòng)化設(shè)備,這也是近年以 來(lái)研究者最感興趣的課題之一。1.2水凝膠的制備方法由分類(lèi)部分可知,水凝膠的制備是有化學(xué)制備和物理制備兩種,究其本質(zhì),水 凝膠的制備即使制備高分子網(wǎng)絡(luò)形成交聯(lián)高分子,而本課題所研究的半互穿網(wǎng)絡(luò)水 凝膠也是以此為基稍作改變的。1.2.1化學(xué)方法制備水凝膠(1) 單體合成同時(shí)交聯(lián)法水凝膠可以以單體為基由化學(xué)引發(fā)劑、光化學(xué)、氧化還原或者電離輻射引發(fā)聚 合并交聯(lián)而得。由于常用的

15、化學(xué)引發(fā)劑為不穩(wěn)定的過(guò)氧化物和氧化還原體系,而且 合成水凝膠的單體也有中性、酸性或者堿性,因此高分子水凝膠的綜合性能則依據(jù) 聚合方法、單體種類(lèi)和組成、交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)和類(lèi)型等變化而定。水溶液聚合和反相 懸浮聚合是合成高分子水凝材料的兩種重要的聚合實(shí)施方法。本題既是用的水溶液 聚合的實(shí)驗(yàn)方法。(2) 形成高分子鏈后再交聯(lián)該方法是先讓原料生成線型高分子,然后對(duì)線型高分子進(jìn)行交聯(lián)。這種能使凝 膠稱(chēng)纖維、膜等任可形狀,而交聯(lián)的方法又可以用物理交聯(lián)或者化學(xué)交聯(lián)。(3) 載體接枝共聚由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度一般較低,而由于在某些應(yīng)用領(lǐng)域需要提高水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度,這時(shí)就可以把水凝膠接枝到具有一定強(qiáng)度的載體上

16、。由于接枝需要在載體表面上產(chǎn)生自由基，因此需要用電離輻射、紫外線照射、等離子體激化原子或者化學(xué)催化游離基等方法。而在這方面Lokhande等以Ce4+為引發(fā)劑，將丙烯購(gòu)接枝到纖維素上得到耐壓好、保水能力強(qiáng)的高分子水凝膠材料2】。12.2物理水凝膠的制備物理水凝膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)主要以分子間氫鍵、配位鍵、靜電耦合、疏水結(jié)合或者 德華結(jié)合等物理方式形成,然而這種水凝膠是非永久性的,也稱(chēng)之為假水凝膠或者 熱可逆水凝膠。而多糖類(lèi)、蛋白質(zhì)等天然高分子水凝膠大多屬于這種類(lèi)型。1.3半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠本課題所形成的是屬于半互穿網(wǎng)絡(luò)的水凝膠。所謂互穿網(wǎng)絡(luò)既是由兩種或多種各 自交聯(lián)和相互穿透的聚合網(wǎng)絡(luò)組成的高分子共混物

17、，簡(jiǎn)稱(chēng)IPNS。而半互穿網(wǎng)絡(luò)是是指在 形成互穿網(wǎng)絡(luò)的聚合物中,如果其中僅有一種聚合物是交聯(lián)的聚合物,另一種是線 型非交聯(lián)的聚合物，此時(shí)所形成的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物就是半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物。半互穿 網(wǎng)絡(luò)具有互穿網(wǎng)絡(luò)的"強(qiáng)迫相容"的性質(zhì),將不同的聚合物分子相互纏繞成一個(gè)完 整的個(gè)體。不過(guò),半互穿網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于互穿網(wǎng)絡(luò)而言,本來(lái)就不是很穩(wěn)定的交聯(lián)鍵, 穩(wěn)定性更差了,而且壽命相對(duì)較短，但交聯(lián)的靈活性更強(qiáng)。2實(shí)驗(yàn)部分本題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為四小組對(duì)比實(shí)驗(yàn),共計(jì)18組實(shí)驗(yàn)。2.1實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備(1)試劑散裝淀粉；丙烯酸，光復(fù)精細(xì)化工；丙烯酰胺，科密歐化學(xué)試劑；N,N'-亞甲 基雙丙烯酰胺,天津傲然化

18、工研究所；過(guò)硫酸鉀,凱學(xué)試劑；氫氧化鈉,福晨化學(xué) 試劑廠。(2)設(shè)備電熱恒溫水浴鍋,永光明醫(yī)療儀器廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱,中興偉業(yè)儀器；電動(dòng) 攪拌器,杰瑞爾電器。2.2實(shí)驗(yàn)步驟(1)淀粉的糊化。取一定量的淀粉放入到洗凈干燥過(guò)的燒杯里,然后把燒杯固 定在70°C的恒溫水浴鍋,用保鮮膜封口并且在中心開(kāi)孔準(zhǔn)備安裝攪拌器。加入一定 量的蒸催水,使攪拌棒的懸漿保持在液面以下，打開(kāi)攪拌機(jī),均勻攪拌使淀粉糊化 30mino然后取出燒杯,在不停止攪拌的同時(shí)進(jìn)行冷卻,冷卻后加入一定量N,N'- 亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌,備用。(2 )水凝膠的制備。取一定量的NaOH固體，配成2mol/L的溶液。

19、稱(chēng)取一 定量的丙烯酸，放入一個(gè)空燒杯中,采用氫氧化鈉中和，然后將燒杯固定在7CTC的 恒溫水浴鍋z同樣用保鮮膜封口并且在中心開(kāi)孔準(zhǔn)備安裝攪拌器。稱(chēng)取定量的丙烯 酰胺溶解后加入燒杯里面，其后加入0.03g的過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑,均勻攪拌。仔細(xì)觀 察反應(yīng)液的粘稠狀態(tài),待反應(yīng)液的粘稠狀態(tài)到底一定程度后,加入預(yù)先糊化好的淀 粉溶液,再加入0.15g的過(guò)硫酸鉀,繼續(xù)攪拌。當(dāng)反應(yīng)液的粘稠度一定時(shí)，停止攪 拌取出燒杯。將燒杯產(chǎn)品倒入編號(hào)好的培養(yǎng)皿中，放入60°C的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 中干燥24-36個(gè)小時(shí)至恒重,取出裝袋，備用。2.3實(shí)驗(yàn)組藥劑組分配比(1)表1:淀粉含量的組分配比淀粉3g2gig0.5

20、g0.25g4g丙烯酸15gI5g15g15gI5gI5g丙烯酰胺10g10g10g10g10g10g交聯(lián)劑0.03g0.03g0.03g0.03g0.03g0.03g氫氧化鈉73ml73ml73ml73ml73ml73ml中和度70%70%70%70%70%70%實(shí)驗(yàn)組2#3#4#5#6#12#由于隨看淀粉含量的增加，所形成凝膠雖然吸水性倍率越高，但性能越來(lái)越差,因 此多加了一個(gè)4g淀粉的實(shí)驗(yàn)組,以此作為極限。(2 )表2:中和度的組分配比淀粉3g3g3g丙烯酸15g15gI5g丙烯酰胺10g10g10g交聯(lián)列0.03g0.03g0.03g化鈉73ml63ml83ml中和度70%60%80實(shí)

21、驗(yàn)組18#9#10#結(jié)合后期檢測(cè)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)中和度改變后,所做出來(lái)的水凝膠吸水后,物理性能都不 是很好,而且其中中和度50%的實(shí)驗(yàn)組由于預(yù)聚體形成速度過(guò)快,失敗率過(guò)高不予 考慮；而中和度90%的實(shí)驗(yàn)組由于聚合的速度過(guò)于緩慢,也不予考慮。(3 )表3:交聯(lián)劑的量組分配比淀粉3g3g3g3g3g丙烯酸15g15g15g15g15g丙烯酰胺10glOglOg10g10g交聯(lián)劑0.0347g0.2463g0.1212g0.0699g0.0182g氫氧化鈉73ml73ml73ml73ml73ml中和度70%70%70%70%70%實(shí)驗(yàn)組18#19#20#21#22#(4)表4:丙烯酸(AA )炳烯酰(AM

22、 )的配比淀粉3g3g3g3g3g丙烯酸15.77g10.31g20.03g5.75g12.78g丙烯酰胺10.08g15.15g5.01g20.06g12.77g交聯(lián)劑0.03g0.03g0.03g0.03g0.03g氫氧化鈉73ml73ml73ml73ml73ml中和度70%70%70%70%70%實(shí)驗(yàn)組18#23#24#26#27#2.4檢測(cè)實(shí)驗(yàn)本題的檢測(cè)試驗(yàn)把所有的組分的吸水倍率全做了一遍,然后從其中選取了四組 倍率較好且凝膠的力學(xué)性能較好的進(jìn)行吸水速率和保水性測(cè)試,并且從最終選取了 組性能最好的進(jìn)行了紅外光譜分析。2.4.1吸水倍率實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取一定重量的干燥樣品放入燒杯,加入足夠量的蒸館

23、水,用保鮮膜封住燒杯 口，讓樣品在室遍下吸水，24-36小時(shí)后，待吸水至恒重后,取出稱(chēng)量。利用吸水。2.4.2吸水速率實(shí)驗(yàn)干燥樣品放入燒杯,加入足夠量的蒸催水,放置在室溫下,在不同的時(shí)間段后 把水凝膠過(guò)濾靜置l-2min ,進(jìn)行稱(chēng)量。根據(jù)吸水后的質(zhì)量和開(kāi)始干燥的樣品的質(zhì) 量的比值,根據(jù)該比值做出該樣品的吸水速率趨勢(shì)圖,把根據(jù)不同樣品的趨勢(shì)圖的 差異進(jìn)行分析。2.4.3保水性實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取一定重量的吸水飽和的凝膠放在60°C的干燥箱里，在不同時(shí)間段后取出過(guò) 濾,稱(chēng)取質(zhì)量。根據(jù)稱(chēng)取質(zhì)量和原凝膠質(zhì)量的比,制作趨勢(shì)圖，對(duì)比趨勢(shì)圖的差異 進(jìn)行分析。2.4.4紅外光譜實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取少量18#樣品進(jìn)行研磨,然

24、后把漠化鉀和樣品按照1 :10的比例在研體中 充分研磨，使兩者混合均勻，放入模具中在壓片機(jī)上壓制成透光的樣品片。單獨(dú)把 漠化鉀在研體充分研磨,再放入模具中用壓片機(jī)上壓制稱(chēng)空白片。由于漠化鉀在室 溫條件下保存時(shí)容易受潮,如果處理不當(dāng)會(huì)在最后譜圖上出線明顯的輕基峰,所以 在進(jìn)行紅外光譜實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行干燥。將干燥后的空白片放在固定板上插進(jìn)紅外光譜儀中，進(jìn)行掃描,作為背景圖。 然后取出空白片，把樣品片插進(jìn)紅外光譜儀中，進(jìn)行掃描。把得到的光譜圖消去空 白片的影響，得到純凈的樣品紅外光譜圖，對(duì)此進(jìn)行分析。3結(jié)果與討論3.1水凝膠的吸水性3.1.1水凝膠的吸水機(jī)理水凝膠的吸水最初是通過(guò)毛細(xì)管吸附和分散作用

25、實(shí)現(xiàn)的,接看水分子就通過(guò)氫 鍵和凝膠的親水基團(tuán)（-COOH、-COONa以及-OH等）的作用下進(jìn)行吸水的，因 此如何衡量水凝膠的吸水能力一般就是以親水基團(tuán)為判斷的。根據(jù)文獻(xiàn)可知,水凝 膠部是由丙烯酸中和后所形成的竣酸根的排斥力形成的空間結(jié)構(gòu)來(lái)容納水的,而且 這個(gè)空間結(jié)構(gòu)的大小是由水凝膠的交聯(lián)程度決定的，在一定極限，交聯(lián)密度越低的 水凝膠吸水性能越是優(yōu)良，而低于一定的交聯(lián)程度的話所形成的凝膠力學(xué)形態(tài)很差, 甚至是交聯(lián)鍵破裂使凝膠破裂。本題所做的水凝膠的吸水過(guò)程是以水分子與親水基團(tuán)發(fā)生反應(yīng),使結(jié)構(gòu)表面的 親水基團(tuán)解離,這樣就在部竣基形成的中和排斥空間產(chǎn)生滲透壓,由此進(jìn)入吸水的 主要階段。而到水分子

26、進(jìn)入到了一定程度之后,就會(huì)使部交聯(lián)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性收縮z 吸水速率開(kāi)始減慢最終停止。3.1.2吸水倍率(1)表4:淀粉含量組的吸水倍率倍率187.6331167.237.32278.6641887.48201.7123淀粉含量43210.50.25實(shí)驗(yàn)組12#2#3#4#5#6#淀粉含量組吸水倍率圖604020000.511.522.533.544.S淀粉含量圖(1 )：淀粉含量對(duì)水凝膠吸水倍率的影響根據(jù)圖(1)可得，淀粉含量在lg以上時(shí)，水凝膠的吸水倍率隨看淀粉含量的增加 呈線性增長(zhǎng),然而形成的凝膠形態(tài)卻隨看淀粉含量的增加而變差。而淀粉含量在lg 以下時(shí)，水凝膠部半互穿體系基本不成形，吸水后所形

27、成的凝膠呈流體狀，基本算 是失敗的樣品。(2 )表5:中和度的吸水倍率中和度60%70%80%倍率.1845205.273978.59341實(shí)驗(yàn)組9#18#10#由于中和度改變后，吸水后凝膠的物理形態(tài)特別差,因此所測(cè)的吸水倍率數(shù)據(jù)準(zhǔn)確 度不是很高,只是一個(gè)參考。交聯(lián)劑組吸水倍率圖2 SO檜 逛(3 )表6:交聯(lián)劑的吸水倍率交聯(lián)列0.01820.03470.06990.12120.2463倍率實(shí)驗(yàn)組185314322#205.273918#130.994521#149.329520#142.324519#圖(2 ):交聯(lián)劑含量對(duì)水凝膠吸水倍率的影響根據(jù)圖(2 )中趨勢(shì)線可以看出，在以0.03g為

28、峰值f小于0.03g和大于0.03g都會(huì)使吸水倍率減少。(4 )表7 :丙烯酸(AA )炳烯酰胺(AM )的吸水倍率AA/AM配比3:22:34:11:41:1倍率205.2739156.903239.9618113.9662180.6364實(shí)驗(yàn)組18#23#24#26#27#3.1.3吸水速率四組夾驗(yàn)的吸水速率圖18#3# Tr22# H 27#圖(3 ):四組實(shí)驗(yàn)的吸水速率的差異由圖(3 )所示，各個(gè)實(shí)驗(yàn)組在開(kāi)始階段凝膠的吸水速率較快，在11小時(shí)后基本已經(jīng)趨于平衡，此時(shí)水凝膠已經(jīng)基本完成了吸水。3孑和18#的吸水速率圖502-1 創(chuàng)3#850035051015202530時(shí)間/小時(shí)圖（4

29、）: 3#和18#實(shí)驗(yàn)組的吸水速率對(duì)比圖由3號(hào)實(shí)驗(yàn)組和18號(hào)實(shí)驗(yàn)組對(duì)比來(lái)看，最開(kāi)始的半個(gè)小時(shí)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組還能保持相 同的速率吸水，然而之后3號(hào)實(shí)驗(yàn)組由于自身淀粉含量的原因所含起基比18號(hào)實(shí) 驗(yàn)組少,因此就吸水能力上比18號(hào)實(shí)驗(yàn)組要差一點(diǎn)。22氛與18共的吸水速率圖-18ft -B-22#502005003502 11 >率«僉_51015202530時(shí)間/小時(shí)圖（5 ）: 22#和18#實(shí)驗(yàn)組的吸水速率對(duì)比圖由22號(hào)實(shí)驗(yàn)組和18號(hào)實(shí)驗(yàn)組對(duì)比來(lái)看f雖然22實(shí)驗(yàn)組的交聯(lián)劑比18號(hào)實(shí)驗(yàn)組 的少，交聯(lián)密度低,導(dǎo)致在前期速率明顯高于18號(hào)實(shí)驗(yàn)組，但由于22號(hào)實(shí)驗(yàn)的交 聯(lián)密度低過(guò)了一定的限度

30、，吸水后無(wú)法維持吸水空間的穩(wěn)定性，導(dǎo)致吸水速率緩緩 下降,不過(guò)很明顯的是即使速率在下降，然而速率在趨近穩(wěn)定后，在上升速率上依 舊是最高的。50227?i和18芳的吸水速率圖Y-18# -B-27#51015202530時(shí)間/小時(shí)850850圖（6 ）: 27#和18#實(shí)驗(yàn)組的吸水速率對(duì)比圖由27號(hào)實(shí)驗(yàn)組和18號(hào)實(shí)驗(yàn)組對(duì)比來(lái)看,從配比上對(duì)比,27號(hào)實(shí)驗(yàn)組的樣品酰胺 含量比18號(hào)實(shí)驗(yàn)組的多,而竣基含量比18號(hào)實(shí)驗(yàn)組少。而由于竣基的吸水能力要 比酰胺基好一點(diǎn),因此最終穩(wěn)定曲線比18號(hào)實(shí)驗(yàn)更早的到達(dá)平衡點(diǎn)。而由于丙烯 酸的減少，所形成的水凝膠部中做骨架結(jié)構(gòu)的相互排斥的竣酸根也隨之減少，然而 這樣就導(dǎo)致

31、凝膠部竣酸根的空間密度變低,使水分子的擴(kuò)散變快。因此,27號(hào)實(shí)驗(yàn) 組的吸水速率在開(kāi)始階段要比18號(hào)實(shí)驗(yàn)組的快一點(diǎn)。3.2保水性把吸水倍率里選取的3號(hào)、18號(hào)、22號(hào)、27號(hào)實(shí)驗(yàn)組樣品放入60°C干燥箱z進(jìn)行保水性實(shí)驗(yàn)。表8:3#、18#、22#. 27#實(shí)驗(yàn)組的保水 實(shí)驗(yàn)組 時(shí)間3#18#22#27#Oh19.2619.2735.8515.37lh16.7217.1333.5613.592.5h14.114.7829.710.995h10.4711.1124.368.358.5h7.077.8619.615.732.5h2.012.6410.151.471.2四個(gè)實(shí)驗(yàn)組熱狀態(tài)下保水率

32、f-3/t F-18# Th-22# -H-27#005101520253035時(shí)間/小時(shí)圖（7 ）:四組實(shí)驗(yàn)組熱狀態(tài)下的保水率對(duì)比圖由選出四組來(lái)看,在熱環(huán)境下，水分子運(yùn)動(dòng)變得劇烈,使原本水凝膠部空間對(duì)水分 子的束縛更加困難，因此所有的實(shí)驗(yàn)組的保水性都呈下降態(tài)勢(shì)。不過(guò)由于條件改變 的不同，因此保水性的下降差異也不盡相同。以18號(hào)實(shí)驗(yàn)組為主題對(duì)照組,其他各組分別與之進(jìn)行對(duì)比:3#和18#的保水率圖-#-3# -»-18#05101520253035時(shí)間/小時(shí)圖（8 ）: 3#和18#實(shí)驗(yàn)組熱狀態(tài)下的保水率對(duì)比圖3號(hào)實(shí)驗(yàn)組，與18號(hào)實(shí)驗(yàn)組的基本相同,只是淀粉含量較少時(shí),相同保水程度時(shí),能

33、保留水的時(shí)間更短。22廿和18廿的保水率圖f-22# -*-18#1.205101520253035時(shí)間/小時(shí)圖（9 ）: 22#和18#實(shí)驗(yàn)組熱狀態(tài)下的保水率對(duì)比圖22號(hào)實(shí)驗(yàn)組，擁有良好的保水性,在四個(gè)樣品中，熱環(huán)境下的保水性是最好的。由 此可見(jiàn)，交聯(lián)劑對(duì)保水性影響較大。2"和18歩的保水率圖f-系列-列735時(shí)間/小時(shí)圖（10 ）: 27#和18#實(shí)驗(yàn)組熱狀態(tài)下的保水率對(duì)比圖27號(hào)實(shí)驗(yàn)組,與18號(hào)實(shí)驗(yàn)組基本一致。3.3紅外光譜分析結(jié)合上述分析，本題從其中四個(gè)樣品中選淀粉3g、丙烯酸15g、丙烯酰胺10g、交聯(lián)劑0.0347g、中和度70%的樣品做了紅外光譜。紅外光譜圖如下：18#

34、樣品的紅外光譜圖圖（11）: 18#實(shí)驗(yàn)組紅外光譜圖由圖可知,在1024 cm"為C-0面外變形振動(dòng)峰,1320 cm-】為-CH2-®外搖擺振 動(dòng)吸收峰,1405cm-!為C-0伸縮振動(dòng)峰,1457 cm"為-COCH的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰， 1560 cm-i為-COCH的反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，1675 cm"為C=O伸縮振動(dòng)峰， 3364cm-1為N-H伸縮振動(dòng)峰。3.4結(jié)果分析由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文得出了以下幾點(diǎn)關(guān)于制備條件對(duì)水凝膠影響的論斷。3.4.1淀粉含量對(duì)水凝膠性能的影響根據(jù)數(shù)據(jù)分析,淀粉含量的增加本應(yīng)該使樣品的輕基含量的増加，以此來(lái)讓樣 品的吸水倍

35、率和吸水速率變強(qiáng)。然而含量的增加容易使樣品部交聯(lián)結(jié)構(gòu)變的復(fù)雜, 交聯(lián)鍵之間的鍵接變得困難，導(dǎo)致吸水過(guò)后凝膠部形成大量的顆粒狀大分子凝膠, 由此力學(xué)性能變差。而保水性而言，淀粉的差異所表現(xiàn)的并不明顯，淀粉含量的減 少只是讓其吸水性能略微下降,這也是由于親水輕基上的略微的區(qū)別所決定的。3.4.2丙烯酸(AA)的中和度對(duì)水凝膠性能的影響中和度的差異基本就性能而言,破壞了結(jié)構(gòu)部的丙烯酸中和后的竣酸中和排斥 空間的穩(wěn)定性,而且由于運(yùn)用的是傳統(tǒng)的制備方法的，因此很容易形成攪拌不均勻, 而中和度低的時(shí)候致使預(yù)聚體的過(guò)聚合,中和度高的時(shí)候是聚合過(guò)程過(guò)于困難，導(dǎo) 致做出的樣品性能失衡。因此，如果使用傳統(tǒng)的攪拌聚

36、合方法并不推薦修改中和度。3.4.3交聯(lián)劑的含量對(duì)水凝膠性能的影響交聯(lián)劑的含量對(duì)于樣品而言，會(huì)直接影響樣品的交聯(lián)密度。因此，交聯(lián)劑對(duì)于 整個(gè)樣品的性能有很重要的作用。就吸水倍率和吸水速率而言，交聯(lián)密度越低整個(gè) 樣品的吸水性能越好。不過(guò)，這個(gè)影響也是有極限的。超過(guò)該極限，所形成樣品的 交聯(lián)度過(guò)低,是原本的儲(chǔ)水空間空隙過(guò)大,反而不易于水分子的貯存。然而這個(gè)極 限對(duì)起始階段的吸水速率并無(wú)影響。而且交聯(lián)劑的改變”對(duì)凝膠的力學(xué)性能也有很 顯著的表現(xiàn),不過(guò)與吸水性能相反，交聯(lián)劑的增加交聯(lián)密度的增加，會(huì)使凝膠的力 學(xué)性能增加表現(xiàn)非常明顯。不僅如此,交聯(lián)劑的含量對(duì)于保水性的影響很大。熱環(huán)境下,由于熱環(huán)境使原

37、本交聯(lián)空間部的水分子運(yùn)動(dòng)加劇，然而交聯(lián)密度越低時(shí)，樣品的交聯(lián)空間本來(lái)就偏 大,因此水分子運(yùn)動(dòng)的加劇對(duì)部吸水基團(tuán)掙脫效果反而更低。因此表現(xiàn)的熱環(huán)境下 的保水能力的負(fù)面影響比交聯(lián)劑量大的要小的多。由此,在對(duì)水凝膠的性能進(jìn)行改性時(shí),從交聯(lián)劑方面下手效果較好。3.4.4丙烯酸(AA)炳烯酰胺(AM )的配比對(duì)水凝膠性能的影響丙烯酸/丙烯酰胺的配比說(shuō)白了就是樣品部疑基和酰胺基的含量差異。而這些并 不能對(duì)保水性做出影響,因此對(duì)這個(gè)方面對(duì)保水性影響并不大。雖然竣基的親水性 比酰胺基要好,然而吸水速率和倍率都不是以此為主要?jiǎng)恿Φ?所以親水性的影響 并不大。而起決定性作用的是竣基中和后的排斥空間結(jié)構(gòu)對(duì)于水的互相

38、滲透作用。 徑基含量變少,能讓輕基中和空間結(jié)構(gòu)在樣品密度變低，使水的滲透作用變強(qiáng),有 利于吸水速率的變大,不過(guò)卻使可儲(chǔ)水空間變少,使樣品吸水倍率下降；而竣基含 量變大，由于竣基中和空間在樣品部密度變高，不利于相互滲透左右，卻能儲(chǔ)存更 多的水。在吸水性能影響之外,丙烯酰胺的含量卻對(duì)力學(xué)性能有這決定性的作用。這是 由于酰胺基在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面起主要作用,而丙烯酰胺的含量越高,所形成凝膠的 韌性和強(qiáng)度都變得越高。因此,丙烯酸/丙烯酰胺的配比也是水凝膠性能改變的主要方面。結(jié)論由本次實(shí)驗(yàn),很明顯的發(fā)現(xiàn)目前水凝膠的主要是以交聯(lián)劑和配比兩個(gè)方面做最 主要的水凝膠改性。而且根據(jù)不同的凝膠需求,可以根據(jù)變化趨勢(shì)來(lái)

39、達(dá)到所需求的 目標(biāo)性能。本案中淀粉的含量雖然能是吸水性變強(qiáng)，但是會(huì)降低力學(xué)性能,所以對(duì)于淀粉 的選擇應(yīng)當(dāng)就吸水性和力學(xué)性能進(jìn)行權(quán)衡,而保水性基本無(wú)影響。中和度的改變對(duì) 于最后的性能基本沒(méi)有什么好的影響，因此不推薦對(duì)中和度進(jìn)行調(diào)整。交聯(lián)劑對(duì)于 樣品的吸水倍率和保水能力是呈反比的，不過(guò)對(duì)于吸水倍率是有極限的,過(guò)極限就 對(duì)吸水倍率反而不好;對(duì)于吸水速率影響不大。就丙烯酸/丙烯酰胺的配比而言,丙 烯酸增多就能增強(qiáng)水凝膠的吸水性,丙烯酰胺增多就能增加水凝膠的力學(xué)性能,因 此需要對(duì)應(yīng)性能需求來(lái)做調(diào)整。不僅如此，對(duì)比同組的超聲波制備水凝膠的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的制備方法比起 來(lái),超聲波能夠使預(yù)聚的時(shí)間縮短,而且最終所得的產(chǎn)品更加均勻，交聯(lián)的更加充 分。而傳統(tǒng)的制備方法最終生存的水凝膠很容易就產(chǎn)生了氣泡，而且比較容易的產(chǎn) 生攪拌不均勻,淀粉分散