高吸水树脂材料是一类集吸水、保水于一体的功能型高分子材料,近年来广泛应用于医疗、食品、农业科学等领域,受到越来越多的关注。特别是利用天然高分材料所构建的可降解高吸水树脂材料,由于兼具有优良的生物降解性、生物相容性等优点,可以广泛应用于控缓释载体材料、组织工程修复材料、生物界面材料等高附加值材料领域,成为高吸水树脂研究的前沿。构建可降解高吸水树脂材料的关键之处,在于选取适宜的天然高分子基材,利用先进合成技术将天然高分子与高亲水侧链有效结合。密炼技术作为一种广泛应用于高分子材料混合与构建过程的方法,可以借助自身高剪切力有效处理粘度较高的高分子物料体系,并强化体系中不同组分间的接触与反应,实现既拓宽淀粉基高吸水树脂材料构建的体系浓度范围,又提高反应过程效率的目的。本论文探讨高浓度高剪切密炼反应体系中构建条件对淀粉基高吸水树脂结构与性能的影响规律,剖析影响淀粉基高吸水树脂性能的关键结构因素,揭示高浓度高剪切环境中淀粉基高吸水树脂的构建机制,实现利用反应型密炼技术并针对不同性能需求,高效率构建淀粉基高吸水树脂并调控其性能的目的。具体研究及结论如下:借助可提供高浓度高剪切环境的Haake密炼机作为反应体系,可成功构建淀粉基高吸水树脂,并考察了体系水分含量对其分子结构及宏观性能的影响,研究结果表明,体系浓度的改变对淀粉基高吸水树脂中聚丙烯酰胺含量,但增加了淀粉上C2、C3位羟基接枝率并降低了聚丙烯酰胺侧链平均链长。低水分含量所构建的淀粉基高吸水树脂的三维网格结构不均一,该结构在提高其吸水速率的同时,降低了其吸水倍数及凝胶强度。在此基础上,进一步考察引发剂及交联剂使用量对淀粉基高吸水树脂分子结构及宏观性能的影响规律。研究结果表明,引发剂使用量增加时,淀粉基高吸水树脂中聚丙烯酰胺侧链的含量呈现先降低后不变的趋势,结合随之降低的淀粉中羟基的接枝率,可得聚丙烯酰胺侧链的平均长度逐渐增加。同时,接枝共聚产物的吸水倍数整体呈现先增加后减小的变化规律,吸水速率持续增大,储能模量随之先增加后维持不变。交联剂的使用量并未对聚丙烯酰胺侧链含量产生显著影响,由于淀粉上羟基的接枝率随之增加,经计算得聚丙烯酰胺侧链长度平均逐渐降低,且其吸水倍数逐步降低,吸水速率及储能模量随之增加。继而利用普通玉米淀粉(maize)、马铃薯淀粉(potato)以及木薯淀粉(cassava)构建淀粉基高吸水树脂,考察淀粉种类对淀粉基高吸水树脂分子结构、微观形态、胶态分形结构及宏观性能的影响。研究结果表明,所构建淀粉基高吸水树脂中,淀粉分子羟基接枝率呈现如下规律:maize-SAP>potato-SAP>cassava-SAP,而其丙烯酰胺侧链含量高低具有如下顺序:maize-SAP?cassava-SAP>potato-SAP,进而可得potato-SAP中聚丙烯酰胺侧链的平均链长最小,cassava-SAP中聚丙烯酰胺侧链的平均链长最大。SEM结果显示,maize-SAP和potato-SAP呈现相近的多孔结构尺寸,而cassava-SAP则具有尺寸更大的多孔状结构。在纳米尺度范围,potato-SAP胶态分形结构的尺寸最大,胶态分型结构相对疏松,cassava-SAP则具有最小尺度的胶态分形结构,且其胶态分形结构相对较为致密。相比而言,potato-SAP吸水能力较强但吸水速率较慢,maize-SAP的吸水能力和吸水速率与之接近,而cassava-SAP具有明显更小的吸水能力及更快吸水速率。然而,利用马铃薯淀粉构建的反应体系,其反应效率(产物得率)明显降低。因此,选取玉米淀粉高吸水树脂作为后续研究的中心对象。探究同源不同链/支比淀粉(G80、G50、maize、waxy)对淀粉基高吸水树脂分子结构、微观形态、胶态分形结构及宏观性能的影响,研究结果表明,支链淀粉含量的升高,在降低高吸水树脂中聚丙烯酰胺侧链的含量,升高其淀粉上羟基的接枝率的同时,使得聚丙烯酰胺侧链平均链长降低。SEM结果显示,由支链淀粉含量较多的淀粉所构建的高吸水树脂,其水凝胶微米级网格壁变得比较厚实,且网格壁上空洞逐渐减少,这主要与其分子链排列的致密程度有关。同时,waxy-SAP的均方根旋转半径Rg最大,G50-SAP及maize-SAP的Rg相当,而G80-SAP均方根旋转半径Rg最小。G50-SAP具备较高的吸水倍数,而waxy-SAP吸水倍数较低。研究结果表明,影响淀粉基高吸水树脂结构与功能的关键因素为“笼蔽效应”和网络结构交联度,此两者通过改变淀粉基高吸水树脂分子结构中聚丙烯酰胺侧链含量、淀粉C2、C3位羟基接枝率、聚丙烯酰胺侧链平均链长、纳米尺度胶态分形结构与微米尺度多孔结构来影响树脂的吸水倍数、吸水速率与凝胶强度。此研究成果不仅丰富了高吸水树脂分子结构与宏观性能之间关系的理论体系,同时也为高浓度高剪切体系及可降解型高吸水树脂的应用提供了基础数据和理论支撑。