Получение привитых производных крахмала - Дипломная работа

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека3.2 Методика работыВ данном обзоре литературы рассмотрены наиболее значимые работы, выполненные за последние годы, по физической и химической модификации крахмала, привитым сополимерам и эфирам крахмала, по получению биоразлагаемых материалов на основе крахмала и в области применения многочисленных производных крахмала. Крахмал, являясь природным полисахаридом, имеет уникальные свойства и особенности, к числу которых относятся: - ежегодная возобновляемость и неиссякаемость сырьевых ресурсов для его получения (картофель, кукуруза, рожь, пшеница, маниока, горох и др.), что выгодно отличает его от целлюлозы, выделяемой из древесины, минимальный срок созревания которой даже для быстрорастущей древесины составляет 18-20 лет; Привитую сополимеризацию различных мономеров на крахмал осуществляют с целью получения новых производных крахмала и придания ему свойств, не присущих нативному крахмалу. С этой целью проводят привитую сополимеризацию акриловой кислоты или акриламида на крахмал в присутствии сшивающего агента N,N-метиленбисакриламида и инициатора, в качестве которого используют Na2SO3/(NH4)2S2O8 [1] или аммонийнитрат церия [2]. Суперабсорбенты на основе сополимеров крахмала, акриламида и малеиновой кислоты получены путем желатинизации тапиокового крахмала и последующей сополимеризации с ним акриламида и 2% малеиновой кислоты под действием ?-лучей.Поэтому в данной работе для получения привитых сополимеров акриловой кислоты на крахмал нами выбран в качестве инициатора реакции окислительно-восстановительную систему на основе тиомочевины и Mn (VII). Привитую сополимеризацию акриловой кислоты на крахмал проводили в водных средах. Механизм привитой сополимеризации акриловой кислоты на крахмал в присутствии окислительно-восстановительной системы на основе тиомочевины и Mn (VII) схематически можно представить следующим образом: Механизм: Образующиеся привитые сополимеры акриловой кислоты и крахмала имеют матовый цвет, водорастворимость получаемых сополимеров при комнатной температуре зависит от количества привитой в крахмале акриловой кислоты. В таблице 1 приведено влияние типа использованных неорганических кислот для подкисления реакционной смеси на степень прививки акриловой кислоты на крахмал. сополимер крахмал реактив гель Как видно, из полученных данных с увеличением концентрации акриловой кислоты в реакционной смеси степень прививки акриловой кислоты на крахмале закономерно увеличивается.Как было отмечено в обзоре литературы, привитые сополимеры на основе крахмала с успехом пользуются в качестве суперсорбентов воды, т.е. в качестве экологически безопасных полимерных гидрогелей (ПГ). Для получения ПГ на основе привитого сополимера на основе акриловой кислоты и крахмала нами проведена сополимеризация данных веществ в присутствии сшивающего агента (СА), который является наиболее эффективным и часто используется для получения гидрогелей. ПГ получали при различных концентрация СА, при этом было установлено, что увеличение концентрации СА снижением степени набухания полученных ПГ. 6, набухание ПГ на основе привитого сополимера акриловой кислоты на крахмал, полученные в присутствии СА МБАА зависит от условия их получения, и проявляют различные водопоглошающие способности. Как видно из рис.5 значения РН-среды оказывает большое влияние на скорость и степень набухания полученных ПГ.Акриловая кислота-перед использованием подвергали перегонке с помощью водоструйного насоса. Привитую сополимеризацию акриловой кислоты на крахмал проводили в водных средах. После охлаждения раствора до комнатной температуры добавляли акриловую и определенную неорганическую кислоты, далее при сильном перемешивании наливали туда измеренные количества растворов тиосульфата натрия и калия перманганата. Полученные привитые сополимеры сушили в комнатной температуре до постоянной массы. б) Синтез гидрогелей на основе сополимера крахмала и акриловой кислоты После охлаждения раствора до комнатной температуры добавляли акриловую и определенную неорганическую кислоты, а также раствор сшивающего агента, далее при сильном перемешивании наливали туда измеренные количества растворов тиосульфата натрия и калия перманганата.Выбрана инициирующая система и подобрано условие для синтеза прививитого сополимера акриловой кислоты на крахмале.

Оглавление

Введение

I. Обзор литературы

Привитые сополимеры крахмала: получение и свойства

II. Полученные результаты и их обсуждение

2.1 Получение привитых сополимеров на основе крахмала и акриловой кислоты

2.2 Получение гелей на основе сополимера крахмала и акриловой кислоты

III. Экспериментальная часть

1. Выбрана инициирующая система и подобрано условие для синтеза прививитого сополимера акриловой кислоты на крахмале.

2. Исследовано кинетика привитой сополимеризации, установлено предполагаемый механизм синтеза и пути регулирования состава сополимеров.

3. Исследовано влияния концентрации инициаторов, водного модуля и соотношения компонентов на степень прививки акриловой кислоты на крахмал и показано, что указанные выше факторы сильно влияют на степень прививки.

4. Получены сшитых полмеры на основе акриловой кислоты и крахмала, Изучением набухающей способности полученных полимеров в водных растворах показано, что степень набухание полученных в работе гелей зависит от концентрации сшивающего агента и значения РН-среды раствора.

Введение

Важнейшим приоритетом в социально - экономическом развитии Узбекистана продолжает оставаться реализация принятой в стране антикризисной программы на 2009 - 2012 годы, направленной на решение ряда ключевых задач, сформулированных Президентом Узбекистана И.А. Каримовым. Ключевую роль в сохранении высоких темпов экономического роста играет поддержка отечественных производителей в плане создания импортозамещающей продукции. К ряду наиболее перспективных направлений можно отнести разработку экологически безопасных полимеров на базе местного сырья.

В этом аспекте основные научные исследования направлены на развитие фундаментальных исследований в области создания нетоксичных материалов на основе синтетических и природных полимеров. В основу создания таких полимеров могут быть заложены традиционные подходы полимераналогичных превращений, химической и физической модификации природных и синтетических полимеров. Наибольший практический интерес представляет крахмал, который относится к числу наиболее перспективных полимеров, так как он обладает биодеградацией, не токсичен и не представляет вреда для окружающей среды, а также имею реакционноспособные функциональные группы химически легко модифицируется. Важным моментом является также то, что крахмал ежегодно возобновляется и неиссякаемое сырьевые ресурсы для его получения (картофель, кукуруза, рожь, пшеница, маниока, горох и др.), что выгодно отличает его от целлюлозы, выделяемой из древесины, минимальный срок созревания которой даже для быстрорастущей древесины составляет 18-20 лет. Одним из перспективных направлений модификации крахмала является получение привитых сополимеров различных виниловых мономеров и крахмала. Интерес к привитым сополимерам крахмала обусловлен тем, что подобные системы не только сочетают в себе свойства составляющих их полимеров, но и в ряде случаев проявляют новые свойства нехарактерные для исходных компонентов, который позволит расширить область его практического применения. Поэтому получение производных крахмала для оценки возможности получения материалов с уникальными свойствами является весьма актуальной как в научном, так и в теоретическом плане.

В связи с вышесказанным, целью данной выпускной квалификационной работы является создание новых сополимеров на основе крахмала и акриловой кислоты, с использование подхода привитой радикальной полимеризации и изучение свойств сополимеров.

В соответствии с заявленной целью в работе были поставлены следующие задачи: - Выбор инициирующей системы и подбор условий синтеза для осуществления прививки акриловой кислоты на крахмале.

- Исследование кинетики привитой сополимеризации, установление предполагаемого механизм синтеза и путей регулирования состава сополимеров.

- Исследование влияния концентрации инициаторов, водного модуля и соотношения компонентов на степень прививки акриловой кислоты на крахмал.

- Получение сшитых гидрогелей на основе акриловой кислоты и крахмала, изучение набухающей способности полученных полимеров в водных растворах.1. Long J.-Y., Song Zh.Q. Research on water absorbance of Poly (starch-acrylic acid - acrylamide) complex superabsorbent in different mediums // Chemistry and Industry of Forest Products. 2003. V. 23. №4. Pp. 27-30.

2. Wu L. Preparation of superabsorbent polymer by graft copolymerization of corn starch and acrylamide // Appl. Chem. Ind. 2006. V. 35. №1. Pp. 60-61. РЖХИМ, 2008, 17Т271.

3. Nasser R.O. et al. Dynamic end Equilibrium Swelling of Biodegradable Starch-based Superabsorbent Polymers // Defect and Diffusion Forum Vols. 2008. V. 273-276, Pp. 126-131.

4. Li Ya-li, CAO H.-L. et al. Synthesis and properties of corn starch graft to acrylic acid/acrylamide // J. of Baoji College of Arts and Sci (Natural Sci). 2003. V. 23. №2. P. 121-123.

5. Kiatkamjomwonп S. et al. Synthesis and Property Characterization of Cassava Starch Grafted Poly [acrylamide-co (maleic acid)] Superabsorbent via ?-Irradiation // JAERI-Conf. 2004. Pp. 166-177.

6. Патент 0900807А1 (ЕР). Absorbing material based on starch having improved absorbent properties and process for the preparation thereof / H. Feil. 10.03.1999.

7. Rath S.K., Singh R.P. Flocculation characteristics of grafted and ungrafted starch, amylose and amylopectin // J. Appl.Polymer Sci. 1997. V. 66. Pp. 1721-1722.

8. Chang W.-ync, Lin Y. Study on synthesis of starch/acrylamide copolymer and flocculation experiment on treatment wastewater // J. Environmental Protec. Sci. 2000. V. 99. Pp. 69-70.

9. Lu R.-hu, Zhang H.Y. et al. Study on preparation and flocculation performance of cationic polyacrylamide - starch graft copolymers // J. Chine University Petroleum. 2006. V. 30. №4. Pp. 118-122. РЖХИМ, 2008, 15Т297.

10. Tudorachi N., Lipsa K. Modified Starch copolymers with possible biomedical applications // Revue Roumaine de Chimic. 2005. V. 50. №3. Pp. 175-184.

11. Yan Q-Zh., Zhanq W.-F. et al. Frontal Polymerization Synthesis of Starch-Grafted Hydrogels: Effect of Temperature and Tube Size on Propagating Front and Properties of Hydrogels // Chem. Eur. J. 2006. V. 12. Pp. 3303-3309.

12. Zhang Gan-wei, Tong Q. The development of the metnod of graft copolymerization of acrylonitrile onto starch // Polymer Mat. Sci. End. 2004. V. 20. №1. Pp. 22-26.

13. Song, Wang C. et al. Preparation and Characterization of Amphiphilic Starch Nanocrystals // J. Appl. Polymer Sci. 2008. V. 107. Pp. 418-422.

14. Fang J.M., Fowler P.A. et al. Studies on the Grafting of Acryloylated Potato Starch with Styrene // J. Appl. Polymer Sci. 2005. V. 96. Pp. 452-459.

15. Xue D.-hua, Du Xi-bing et al. Synthesis of Graft Copolymer of Acryloyloxyethyltrimethylammoium Chloride and Starch, Singxi huagong // Fine Chem. 2008. V. 25. №11. Pp. 1118-1121

16 G. Jianping , T. Ruchuan , Z. Liming .Graft Copolymerization of vinyl monomers onto starch initiated by transition metal - thiourea redox systems

17. American Journal of Applied Sciences 2 (3): 614-621, 2005 ISSN 1546-9239

Science Publications, 2004 Synthesis, Characterization and Saponification of Poly (AN)-Starch Composites and Properties of their Hydrogels A. Hashem, M.A. Afifi, E.A. El-Alfy and A. Hebeish National Research Centre, Dokki, Cairo, Egypt

18. Liu.M.Z , Cheng R.S. and Wuj.J.J. Graft copolymerition of methy acrylate onto potato starchinitiated by ceric ammonium nitrate. Journal of Polymer Scrynce, part A, 31:1993.P.3181-3186

19. Okieimen F. E. grafting ethyl methacrylate onto partially hydrolyzed starch using ceric ion as initiator // Indian Journal of chemical Thechnology, 10. 2003. P.197-200

20. Hebeish A.,El-Raife .M.N., Higazy F., Ramadan M.A.Poly(acrylic acid)-starch composities a key for improving sizeability and desizeability of starch from cotton textile. //starke 1992.44№З.Р.101-107 .

21. Привитая сополимеризация акриламида к крахмалу, инициированная редокс-системой Ce 3-Ce 4. Часть 1.Синтез привитьих сополимеров к крахмалу // Starke 1993.(38.).-№1-С.8-13.

22. www.sach.ch/cal _e.html Kh.M.Mostafa Graft polymerization of methacrylic acid on starch and hydrolyzed starches.

23. Fanta G.F. starch graft copolymers. Polymerization of Mathematical Engineering, 10,1996. P.7901-7910.

24. M. T. Taghizadeh* and S. Mafakhery J. Sci. I. R. Iran Vol. 12, No. 4, Autumn 2001 KINETICS AND MECHANISM OF GRAFT POLYMERIZATION OF ACRYLONITRILE ONTO STARCH INITIATED WITH POTASSIUMPERSULFATE

25. Liu X.-yi et al. Study on Synthesis of Hydrophobically Associated Cationic Starch // Chem. Jnd. Forest Products. 2006. V. 26. №2. рр. 87-92.

26. Патент 7186823 (США). Type of cationic starch product, preparation thereof and its use / J. Kaki, Н. Luttikhedde, K. Nurmi, G. Brunow et al. Опубл. 06.03.2007.

27. Братская С.Ю., Schwarz S. et al. Флоккулирующие и связующие свойства катионных крахмалов// Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. №5. С. 825-829.

28. Патент 2351609 (РФ). Катионные поперечно-сшитые воскообразные крахмальные продукты, способ получения крахмальных продуктов и применение в бумажных продуктах/ К.Р. Андерсон, Д.Э. Гарли, Д.Д. Стейнк. Опубл. 27.07.2008.

29. Mao Gui. S., Wang Peng et al. Crosslinking of Corn Starch with Sodium Trimetaphosphate in Solid State by Microwave Irradiation// J. Appl. Polymer Sci. 2006. V. 102. pp. 5854-5860.

30.Denes I.,Nos G., et al investigation of solid-phase starch modification reactions//Chem. Eng Res and Des .2004.V.82.2A.Pp.5854-5860

31. Zhifend Zhu, Poihua Chen. Carbamoyl Ethylation of Starch for Enhancing the Adhesion Capacity to Fibers // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 106. Pp. 2763-2768.

32. Rupinski S., Brzozowski Z.B. Synthesis and properties of carbamoylethyl starch // Polimery. 2003. V. 48. N2. Pp. 122-129.

33. Qian., Cao H. Preparation of Succinic Acid Ester Starch Size Mixture and Research on Size Performance // Cotton Text. Technol. 2005. V. 33. №11.

Pp. 658-660.

34. Wu H., Gu Zh. Development and Outlook of Graft Copolymers Applied in Starch Size Modification // Cotton Text. Technol. 2003. V. 31. №3. Pp. 145-148.

35. Cheng Fa, Hou Gui et al., Synthesis and Properties of Sulfonated Starch as Superplasticizer // Fine Chem. 2006. V. 23. №7. Pp. 711-716.

36. Glenn G.M., Klamczynski A.K. et al. Lightweight Concrete Containing an Alkaline Resistant, Starch-Based Aquagel // J. Polym. Environment. 2004. V. 12. №3. pp. 189-196.

37. Xu S.-M., Zhag Sh. et al. Study on Adsorption Behavior Between Cr (VI) and Crosslinked Amphoteric Starch // J. Appl. Polymer Sci. 2003. V. 89. Pp. 263-267.

38. Sidlauskiene D., Klimaviciute K. et al. Adsorption of Hexavalent Chromium on Cationic Starches With Different Degree of Crosslinking // J. Appl. Polymer Sci. 2008. V. 107. Pp. 3469-3475.

Размещено на .ru