柿单宁基高吸水树脂的制备及应用研究

发布时间：2020-08-15 07:23

【摘要】：本研究以‘磨盘柿’果粉为原料,以过硫酸铵为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,通过溶液聚合法接枝丙烯酸、丙烯酰胺两种亲水单体,制备柿单宁基高吸水树脂(persimmon tannin-based superabsorbent resin,简称“PT-P(AA-AM)”)。通过单因素实验研究不同因素对柿单宁基高吸水树脂的吸液性能的影响,确定了制备该树脂的最佳成分配比:柿粉用量为0.3 g·g~(-1),单体配比为4:1;引发剂用量为0.30%;丙烯酸中和度为80%;交联剂用量为0.04%。红外光谱分析表明,柿单宁基高吸水树脂含有大量羟基和羧基基团,且出现酯基等新基团的吸收峰,柿粉与丙烯酸和丙烯酰胺发生接枝共聚反应并形成酯键,即柿单宁基高吸水树脂制备成功。环境扫描电镜观察结果表明,柿单宁基高吸水树脂表面形成不规则的褶皱和凸起可增大树脂与外界溶液的接触面积,且其吸水后的三维网络的孔径显著大于聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂,吸水性能提高。热重分析结果表明两种吸水树脂的质量随温度变化趋势相近,添加柿粉对吸水树脂的热稳定性无显著影响,柿单宁基高吸水树脂具有良好的热稳定性。柿单宁基高吸水树脂的性能研究表明,在去离子水和自来水中三种吸水树脂的吸液速率相近,但柿单宁基高吸水树脂的吸液量显著高于市售吸水树脂和纯吸水树脂,室温条件下保水性更佳,且可反复吸水。生物降解结果表明柿单宁基高吸水树脂的降解率随柿粉含量增加而增大,经降解42 d后,降解率为50.34%。柿单宁基高吸水树脂对细菌生长无显著影响,对环境友好。土壤保水性试验结果表明添加吸水树脂可提高土壤保水性及下层土层的土壤含水量。施加吸水树脂可缓解二年生盆栽柿树的缺水症状。移栽30 d后,三种处理中柿苗叶绿素含量差异不显著,柿单宁基高吸水树脂处理组的新梢生长量、新生叶的叶面积和移栽存活率均最大。在露地条件下,对照、滴灌、市售吸水树脂处理、柿单宁基高吸水树脂处理后,果形指数、果实含水量、可溶性固形物、可滴定酸和类胡罗卜素含量无显著差异;滴灌处理的果实单果重、果实硬度和可溶性蛋白含量均显著高于其余处理;在花后27.5周果实可溶性单宁含量低于0.2%。综上所述,柿单宁基高吸水树脂具有优良的吸水和保水能力。与市售吸水树脂相比,柿单宁基高吸水树脂生物降解性提高;施加柿单宁基高吸水树脂可缓解柿树的缺水症状,在幼树和盆栽柿树上应用效果更佳。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ324.8
【图文】：

曲线,高吸水树脂,吸水树脂,聚丙烯酸

7 聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂（A，B）和柿单宁基高吸水树脂（C，D）吸水前（A，后（B，D）的环境扫描电镜图像g. 7 ESEM images of P(AA-AM) (A, B) and PT-P(AA-AM) (C, D) before (A, C) and after (Bswelling.2.3 热重分析如图 8 所示，分别为聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂和柿单宁基高吸水树脂的温度变化的曲线。在给定的升温速率下，两种树脂的质量随温度变化的过程为 5 个阶段：第一阶段是从室温开始到约 300℃，树脂在该阶段中逐渐失去，失重较缓慢，树脂性质基本无变化；第二阶段为继续升温至约 450℃，两种脂均失重显著，树脂脱结合水，且树脂中分子量较小的部分开始分解；第三阶度从 450℃到 800℃，质量基本不变；第四阶段，温度从 800℃到 900℃，树裂解主要发生在此阶段的，C-H 键和 C-C 键断裂，热裂解产物主要为小分子 CO 和 CO2以及大分子残留物，失重显著；第五阶段为大分子残留物的缓慢分

曲线,吸水树脂,高吸水树脂,单宁

图 8 聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂和柿单宁基高吸水树脂的热失重（A）及差热失重（B）曲线Fig. 8 TG (A) and DTG (B) curves of P(AA-AM) and PT-P(AA-AM)3.3 柿单宁基高吸水树脂的性能研究3.3.1 吸液量和吸液速率如图 9 所示，比较了市售吸水树脂、聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂和柿单宁基高吸水树脂三者在去离子水和自来水中吸水速率和最大吸液量。结果表明，开始吸水后 3 h，三者的吸水速率相近；市售吸水树脂和聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂在开始吸水 4 h 后达到吸液平衡，而此时柿单宁基高吸水树脂的吸液量与前两者相当，但仍未达到最大值，最终在开始吸水 10h 后达到吸液平衡。柿单宁基高吸水树脂的最大吸液量均高于市售吸水树脂相和聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂，在去离子水和自来水中的最大吸液量为分别为 594 g·g-1、223 g·g-1。A B

曲线,吸水树脂,吸液量,高吸水树脂

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