輻照制備淀粉基高吸水材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輻照制備淀粉基高吸水材料的方法。輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是包括如下步驟：1）按照淀粉：丙烯酸：氫氧化鈉溶液：水的質(zhì)量比=6～9:44:47.6～60.9:40～80，選取原料；2）水和淀粉混合，加熱糊化，再加氫氧化鈉溶液，得到淀粉糊；3）將余下的氫氧化鈉溶液放置在冰浴中，注入氫氧化鈉溶液中，得中和液；4）淀粉糊和中和液混合均勻；5）混合物在常溫、輻照源下輻照1～4kGy后，室溫放置8h，得到膠體；6）膠體放在絞肉機(jī)中絞碎成條狀，得到條狀膠體；7）條狀膠體放在微波干燥箱中，分步干燥至恒重；8）采用粉碎機(jī)粉碎步驟7）得到的干燥材料，過20～100目篩，得到輻照制備淀粉基高吸水材料。制備的吸水材料性能高、成本低。
【專利說明】輻照制備淀粉基高吸水材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工、衛(wèi)生、農(nóng)林【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及吸水材料的制備，具體涉及一種輻照制備淀粉基高吸水材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]吸水材料是一類含有親水基團(tuán)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的大分子，主要分為淀粉系、纖維素系、合成聚合物系幾大類，其中淀粉系具有原料普通、成本低、易降解的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的一類。傳統(tǒng)的淀粉丙烯酸類吸水材料制備方法是采用化學(xué)法反相溶液聚合法，以重金屬試劑為引發(fā)劑，大量的有機(jī)溶劑需要回收處理，混合反應(yīng)條件難以控制，另外還存在吸水材料中重金屬殘留的問題。輻照法以非接觸性射線為引發(fā)劑、水溶液聚合法，避免設(shè)備投資大、溶劑回收困難、化學(xué)殘留的問題，因此，輻照法倍受吸水材料制備企業(yè)關(guān)注。由于采用水聚合法，需要大量的水參與反應(yīng)，輻照法吸水材料試生產(chǎn)過程中存在照后膠體切分粘連、干燥困難等問題。本發(fā)明提供輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，可解決輻照法的操作難題，適合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，該方法可解決吸水材料制備過程中的含水量大、膠體切分困難、干燥脫水問題，制備的吸水材料性能高、成本低。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是包括如下步驟:
[0005]1)按照淀粉:丙烯酸:氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉水溶液):水的質(zhì)量比=6~9:44:47.6 ~60.9:40 ~80 (優(yōu)選 7:44:60.9:60)，選取原料；
[0006]2)將步驟I)選取的水與步驟I)選取的淀粉混合，攪拌均勻、加熱糊化，再加少量的氫氧化鈉溶液(約5克，此時(shí)淀粉糊變得更透明)，得到淀粉糊；
[0007]3)將余下的氫氧化鈉溶液放置在冰浴中，步驟I)選取的丙烯酸緩慢注入氫氧化鈉溶液中，攪拌散熱，得中和液；
[0008]4)將步驟2)制備的淀粉糊和步驟3)制備的中和液混合均勻，并灌入塑料袋內(nèi)，排除空氣，封口，得到混合物；
[0009]5)將步驟4)制備的混合物在常溫、輻照源下輻照I~4kGy后，室溫放置8h左右(7.9-8.1h)，得到膠體；
[0010]6)將步驟5)得到的膠體放在絞肉機(jī)中絞碎成條狀，得到條狀膠體；
[0011]7)將步驟6)得到的條狀膠體平鋪在塑料托盤中，放在微波干燥箱中，分段干燥至
恒重；
[0012]8)采用粉碎機(jī)粉碎步驟7)得到的干燥材料(即干燥的條狀膠體)，過20~100目篩，得到輻照制備淀粉基高吸水材料(產(chǎn)品采用自封口袋封裝)。[0013]步驟I)中的淀粉為魔芋飛粉、玉米淀粉等中的任意一種。
[0014]步驟I)中的氫氧化鈉溶液的濃度為32wt%。
[0015]步驟2)中加熱的溫度為90°C。
[0016]步驟2)中氫氧化鈉溶液加入量為步驟I)選取的氫氧化鈉溶液總質(zhì)量的
8.2-10.5%，調(diào)節(jié)淀粉糊的pH為8左右。
[0017]步驟5)中輻照源為6tlCo-Y射線、X射線、電子束等中的任意一種，優(yōu)選的為60Co- Y 射線。
[0018]步驟7)中分三段干燥，第1次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過80°C，條狀膠體均勻平鋪厚度2厘米以內(nèi)，干燥后的條狀膠體的含水量降為35-50% ;第2次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第2次干燥后的條狀膠體的含水量降為20-30% ;第3次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第3次干燥后的條狀膠體的含水量降為8-12%。
[0019]步驟2)中少量氫氧化鈉溶液加入淀粉糊中，可調(diào)淀粉糊的pH在8左右，有利于淀粉基團(tuán)的充分暴露。步驟3)在冰浴條件下將丙烯酸往氫氧化鈉中緩慢注入，并攪拌，減少丙烯酸的揮發(fā)損失。步驟4)封口時(shí)排除空氣，對(duì)產(chǎn)品同樣起到氮?dú)獗Ｗo(hù)的作用，可減少充氮?dú)獾沫h(huán)節(jié)，并提高接枝率。步驟6)中采用絞肉機(jī)粉碎照后膠塊，解決照后膠塊切分的難題。步驟7)將條狀膠塊單層平鋪，膠體厚度2厘米以內(nèi)，采用微波干燥法，可解決鼓風(fēng)干燥時(shí)間長、膠體難以干透的難題；采用微波分段干燥，避免高頻微波干燥造成產(chǎn)品性能急劇降低。步驟5)輻照后室溫放置8h，性能提高10%左右。
[0020]本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有工藝的幾處改進(jìn)為:1)保持丙烯酸質(zhì)量比44的比例比變，調(diào)整淀粉:氫氧化鈉溶液:水的質(zhì)`量比為:6~9:47.6~60.9:40~80范圍，降低含水量在50%-70%范圍，節(jié)省干燥成本20%以上；2)中和液的配制采用冰浴條件，減少常溫混合時(shí)的丙烯酸揮發(fā)損失，提高接枝率和減少污染；3)混合灌裝時(shí)排除空氣【本發(fā)明的步驟4)】，可起到氮?dú)獗Ｗo(hù)的作用，減少常規(guī)充氮成本；4)增加照后膠體的放置時(shí)間(輻照后室溫放置8h)，提高產(chǎn)品性能10%左右；5)采用絞肉機(jī)破碎膠塊為條狀，解決其他機(jī)器或手工切分膠塊時(shí)的粘連難題，高效節(jié)能；6)采用微波分段干燥法，解決鼓風(fēng)干燥時(shí)間長、難以干透的難題，以及常規(guī)微波一次干燥造成的高溫影響，節(jié)能節(jié)時(shí)。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的幾種改進(jìn)解決了水溶液聚合法中四個(gè)難題:1)水分含量高的難題；2)膠體切分粘連難題；3)產(chǎn)品干燥脫水難題；4)丙烯酸利用率低和揮發(fā)后環(huán)境污染的難題。本發(fā)明同時(shí)降低制備吸水材料的原料成本和生產(chǎn)成本，吸水材料性能為:吸收自來水、純水、鹽水和血漿分別為350、687、59和16g/g，符合紙尿褲高吸收性樹脂的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T22905-2008，制備的吸水材料性能高。本發(fā)明可應(yīng)用于各種規(guī)模吸水樹脂生產(chǎn)企業(yè)輻照法制備吸水樹脂的工藝改進(jìn):包括配方比例、混合環(huán)節(jié)、灌裝環(huán)節(jié)、照后粉碎環(huán)節(jié)、干燥環(huán)節(jié)，節(jié)省原料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、排污的成本，提高產(chǎn)品利潤。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明制備的吸水材料的掃描電鏡圖。
[0023]圖2是本發(fā)明制備的吸水材料的紅外光譜圖。
[0024]圖3是本發(fā)明制備的吸水材料不同溫度下吸收自來水曲線圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，包括如下步驟:
[0028]I)選取淀粉(魔芋飛粉)7克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水60克，待用;
[0029]2)將淀粉與水混合均勻，攪拌，加熱到90°C糊化，再加步驟I)選取的氫氧化鈉溶液5克，此時(shí)淀粉糊變得更透明，得到淀粉糊；
[0030]3)在冰浴中將步驟I)選取的丙烯酸緩慢注入余下的氫氧化鈉溶液中，攪拌散熱，得中和液；
[0031]4)將步驟2)制備的淀粉糊和步驟3)制備的中和液混合均勻，灌袋，排除空氣，封口，得到混合物；
[0032]5)灌袋后的混合物在常溫、輻照源為6tlCo-Y射線下輻照IkGy后，室溫放置8h，得到膠體；
[0033]6)輻照后的膠體放在絞肉機(jī)中絞碎成條狀，單層平鋪在托盤中，得到條狀膠體；
[0034]7)將條狀膠體連同托盤放在微波干燥箱中，分3次干燥完畢(注:做掃描電鏡分析時(shí)，此處采用冷凍干燥);
[0035]第1次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過80°C，條狀膠體均勻平鋪厚度2厘米以內(nèi)，干燥后的條狀膠體的含水量降為50% ;第2次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第2次干燥后的條狀膠體的含水量降為30% ;第3次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第3次干燥后的條狀膠體的含水量降為10% ；
[0036]8)采用粉碎機(jī)粉碎已經(jīng)干燥的材料，過20-100目篩(注:做掃描電鏡分析時(shí)，此處不粉碎)，得到輻照制備淀粉基高吸水材料(產(chǎn)品采用自封口袋封裝，紙塑袋包裝，封口)。
[0037]一、本發(fā)明制備的吸水材料掃描電鏡分析，研究吸水材料的微觀形貌
[0038]上述步驟7 )中照后的吸水材料膠體采用冷凍干燥(不用微波干燥箱干燥)，用掃描電鏡做表面形貌掃描分析。掃描電鏡結(jié)果:由圖1可見，輻射引發(fā)淀粉分子和丙烯酸鈉單體間發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是吸水的基礎(chǔ)。
[0039]二、本發(fā)明制備的吸水材料紅外光譜分析，研究吸水材料的基團(tuán)變化
[0040]上述步驟8)中取100目篩材料，與KBr混合壓片，用紅外光譜儀做材料的紅外結(jié)構(gòu)分析。紅外光譜結(jié)果表明，圖2中，3號(hào)為淀粉分子的光譜圖，在3390.6、1017.5^1處分別出現(xiàn)-OH、C-O的伸縮振動(dòng)峰，是淀粉的特征峰；在4號(hào)中出現(xiàn)1796cm—1處出現(xiàn)C=O的伸縮振動(dòng)峰，1553.8、1450.2、1409.9cm_1處出現(xiàn)-C00-伸縮振動(dòng)峰，是聚丙烯酸的特征峰，在1023.3cm-1處是淀粉的特征峰，這說明淀粉與丙烯酸發(fā)生了接枝反應(yīng)。
[0041]三、吸水性能試驗(yàn)
[0042]I)準(zhǔn)備9個(gè)裝有1000克自來水的燒杯，將燒杯分別放置`在-7度冰箱軟凍區(qū)、常溫和70度水浴鍋中，每種溫度3個(gè)重復(fù)，保溫3小時(shí)以上，待用；
[0043]2)取上述步驟8)中40目篩材料I克，共9份，分別加入9個(gè)燒杯中，仍放置在原溫度下，立即計(jì)時(shí)；[0044]3)此后在0.5，1，1.5，2，2.5和6小時(shí)時(shí)稱重，稱完重后膠體仍放入原水杯中繼續(xù)吸水，稱量各燒杯中膠體的重量，取平均值記為該時(shí)間下的材料吸水倍數(shù)；
[0045]4)稱量方法:取直徑20cm目數(shù)20目的圓形不銹鋼鐵篩，先在電子天平上去皮，將燒杯中的水連同膠體倒入篩子中，濾干水分后，將篩子放在天平上稱重，記錄，即為材料的吸水倍數(shù)；
[0046]不同溫度吸水結(jié)果，如圖3可見，溫度越高，吸水倍數(shù)越大，達(dá)到飽和吸水的時(shí)間越短。70°C時(shí)達(dá)到最大吸水倍數(shù)時(shí)間I小時(shí)，倍數(shù)為350倍，常溫下達(dá)到最大吸水倍數(shù)時(shí)間在1.5小時(shí)，倍數(shù)為320倍，-7度時(shí)達(dá)到最大吸水倍數(shù)時(shí)間在2.5小時(shí)，為300倍左右。各溫度環(huán)境下6小時(shí)內(nèi)保水效果良好。說明本發(fā)明制備的吸水材料性能高。
[0047]實(shí)施例2:調(diào)節(jié)水量
[0048]輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，包括如下步驟:
[0049]I)選取5份下述原料，待用(對(duì)應(yīng)得到5份產(chǎn)品)，淀粉為玉米淀粉:
[0050]第1份:淀粉7克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水40克；
[0051]第2份:淀粉7克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水50克；
[0052]第3份:淀粉7克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水60克；
[0053]第4份:淀粉7 克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水70克；
[0054]第5份:淀粉7克，丙烯酸44克，32wt%氫氧化鈉水溶液60.9克，水80克；
[0055]2)將淀粉與水混合均勻，攪拌，加熱到90°C糊化，再加步驟I)選取的氫氧化鈉溶液5克，此時(shí)淀粉糊變得更透明，得到淀粉糊；
[0056]3)在冰浴中將步驟I)選取的丙烯酸緩慢注入余下的氫氧化鈉溶液中，攪拌散熱，得中和液；
[0057]4)將步驟2)制備的淀粉糊和步驟3)制備的中和液混合均勻，灌袋，排除空氣，封口，得到混合物；
[0058]5)灌袋后的混合物在常溫、輻照源為6tlCo- Y射線下輻照2kGy后，室溫放置8h左右，得到膠體；
[0059]6)輻照后的膠體放在絞肉機(jī)中絞碎成條狀，單層平鋪在托盤中，得到條狀膠體；
[0060]7)將條狀膠體連同托盤放在微波干燥箱中，分3次干燥完畢；
[0061]第1次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過80°C，條狀膠體均勻平鋪厚度2厘米以內(nèi)，干燥后的條狀膠體的含水量降為50% ;第2次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第2次干燥后的條狀膠體的含水量降為30% ;第3次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第3次干燥后的條狀膠體的含水量降為10% ；
[0062]8)采用粉碎機(jī)粉已經(jīng)干燥的材料，過40目篩，得到輻照制備淀粉基高吸水材料(產(chǎn)品采用自封口袋封裝，紙塑袋包裝，封口)。
[0063]吸水性能試驗(yàn):
[0064]I)準(zhǔn)備3個(gè)裝有1000克自來水的燒杯，放置在常溫下待用；
[0065]2)取上述步驟8)中40目篩材料I克，共3份，分別加入3個(gè)燒杯中，計(jì)時(shí)I小時(shí)后，稱量各燒杯中膠體的重量，記為材料吸水倍數(shù)，稱量方法同上；
[0066]3)依此方法稱量純水、生理鹽水和尿液的吸水倍數(shù)；
[0067]4)純水為蒸餾水；生理鹽水(0.9wt%氯化鈉)配制:稱取9克氯化鈉，加蒸餾水991克，攪拌溶解，即配制為生理鹽水1000克；基礎(chǔ)尿液配制:磷酸氫二鈉0.2克、磷酸二氫鉀0.30克、氯化鈉18克、加蒸餾水至1000克，即得1000克人工尿；
[0068]5)其他液體吸水同步驟2)，重復(fù)3次取平均值。
[0069]吸水結(jié)果，見表1。五種材料均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)矸?、丙烯酸、堿量保持一致時(shí)，調(diào)節(jié)水量可降低以干燥成本為主的生產(chǎn)成本，便于絞肉機(jī)粉碎操作:膠體材料含水量在59.4%-67.8%之間，終產(chǎn)品干物質(zhì)得率為32.2%-40.6%之間。
[0070]表1 (表1是本發(fā)明制備的吸水材料不同溶液的吸收倍數(shù)。)
【權(quán)利要求】
1.輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是包括如下步驟: 1)按照淀粉:丙烯酸:氫氧化鈉溶液:水的質(zhì)量比=6~9:44:47.6~60.9:40~80，選取原料； 2)將步驟I)選取的水與步驟I)選取的淀粉混合，攪拌均勻、加熱糊化，再加少量的氫氧化鈉溶液，得到淀粉糊； 3)將余下的氫氧化鈉溶液放置在冰浴中，步驟I)選取的丙烯酸注入氫氧化鈉溶液中，攪拌散熱，得中和液； 4)將步驟2)制備的淀粉糊和步驟3)制備的中和液混合均勻，并灌入塑料袋內(nèi)，排除空氣，封口，得到混合物； 5)將步驟4)制備的混合物在常溫、輻照源下輻照I~4kGy后，室溫放置8h左右，得到膠體； 6)將步驟5)得到的膠體放在絞肉機(jī)中絞碎成條狀，得到條狀膠體； 7)將步驟6)得到的條狀膠體平鋪在塑料托盤中，放在微波干燥箱中，分段干燥至恒重； 8)采用粉碎機(jī)粉碎步驟7)得到的干燥材料，過20~100目篩，得到輻照制備淀粉基高吸水材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟I)中的淀粉為魔芋飛粉、玉米淀粉等中的任意一種。·
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟I)中的氫氧化鈉溶液的濃度為32wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟2)中加熱的溫度為90°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟2)中氫氧化鈉溶液加入量為步驟I)選取的氫氧化鈉溶液總質(zhì)量的8.2-10.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟5)中輻照源為6tlCo-Y射線、X射線、電子束等中的任意一種，優(yōu)選的為6tlCo-Y射線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照制備淀粉基高吸水材料的方法，其特征是:步驟7)中分三段干燥，第1次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過80°C，條狀膠體均勻平鋪厚度2厘米以內(nèi)，干燥后的條狀膠體的含水量降為35-50% ;第2次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第2次干燥后的條狀膠體的含水量降為20-30% ;第3次進(jìn)微波:控制微波干燥溫度不超過100°C，第3次干燥后的條狀膠體的含水量降為8-12%。
【文檔編號(hào)】C08F2/46GK103819615SQ201410072370
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】耿勝榮, 熊光權(quán), 夏和舟, 廖濤, 李新, 鉏曉艷, 江洪有, 邱建輝, 陳玉霞, 葉麗秀, 谷峰 申請(qǐng)人:湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所