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本文以广西优势资源木薯淀粉作为原料和壳聚糖与丙烯酸接枝共聚制备凝胶材料。考察了淀粉与壳聚糖配比、引发剂用量、交联剂用量、丙烯酸中和度、反应温度、反应时间等条件对合成聚丙烯酸钠/壳聚糖/淀粉凝胶材料在蒸馏水和0.9%的NaCl水溶液中的吸水率的影响。并用红外分析和XRD手段对材料进行表征。研究表明,淀粉与壳聚糖均与丙烯酸发生了接枝共聚,接枝共聚物上同时具有多糖的大量羟基和丙烯酸的羧基;淀粉与壳聚糖的结晶峰消失,接枝共聚物为无定形结构;制备聚丙烯酸钠/壳聚糖/淀粉吸水材料的最佳工艺条件为:淀粉和壳聚糖质量比为8:1,丙烯酸和多糖质量为6:1,引发剂(NH4)2S2O8加入量为0.5%,NaHSO4和(NH4)2S2O8物质的量之比为1:3,交联剂N,N-二甲基丙烯酰胺为0.02%,丙烯酸中和度为80%,反应温度为50.0℃,反应时间分别为2.0 h。所制备的凝胶材料吸蒸馏水倍数为800 g/g,吸0.9%的NaCl水溶液倍数为80 g/g。
聚丙烯酸钠/壳聚糖/淀粉凝胶材料吸水后所形成的水凝胶为两性聚电解质,具有pH敏感性。在强酸性(pH<1)和碱性(pH>7)条件下均表现出较好的溶胀性;而在pH=2-5范围内溶胀率较小,在pH=3时溶胀率达到最小,水凝胶对无机离子也具有敏感性。研究表明,水凝胶对无机离子敏感性受无机盐离子带电荷数、离子大小、离子作用方式等因素的影响。水凝胶对相同价态金属氯化物敏感性随离子半径增大先增大后减小,离子半径在90pm到100 pm附近为最佳离子半径;水凝胶对不同价态金属盐敏感性随离子价态升高而增大。水凝胶对一价金属盐最敏感质量分数为2.5%、对二价金属盐最敏感质量分数为0.06%、对氯化铝最敏感质量分数为0.005%。
应用扫面电镜(SEM)、TG-DTA、正电子湮灭、红外分析等手段对材料的结构进行了分析,研究了材料吸水和无机离子对水凝胶作用机理。研究表明,吸水材料具有三维网状结构,吸水溶胀后材料中出现不同大小的空穴。材料吸水有两种方式:物理吸附和化学吸附。其中物理吸附水占大部分。无机盐溶液对凝胶作用主要通过渗透压作用,高价盐与凝胶中的羧基形成不溶性羧酸盐,水凝胶对其敏感性较大。水凝胶在各种盐溶液中产生不同程度的络合,这也是水凝胶对无机盐敏感的一个重要因素。