響應(yīng)面優(yōu)化微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂工藝

黃贛輝，顧千輝，顧振宇

(1.南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西 南昌 330047；

2.浙江工商大學(xué) 浙江省食品安全重點實驗室，浙江 杭州 310035)

響應(yīng)面優(yōu)化微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂工藝

黃贛輝1，顧千輝1，顧振宇2

(1.南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西 南昌 330047；

2.浙江工商大學(xué) 浙江省食品安全重點實驗室，浙江 杭州 310035)

研究響應(yīng)曲面優(yōu)化微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的工藝。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)曲面法研究單體用量、引發(fā)劑用量和單體中和度對樹脂吸水倍率的影響，并對共聚物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的最佳工藝為單體丙烯酸與干淀粉比8.2∶1(mL/g)、引發(fā)劑用量為干淀粉質(zhì)量的2.8%、單體丙烯酸中和度80.1%時，此時樹脂的吸水倍率為769g/g。紅外掃描吸收譜表明，接枝共聚物中存在著羧基、酰胺基等特征性親水性基團。

芭蕉芋淀粉；高吸水性樹脂；接枝共聚；響應(yīng)曲面

微波是一種頻率在300MHz～300GHz，波長在1m～1mm范圍內(nèi)的電磁波。微波的高頻對極性介質(zhì)進(jìn)行作用，可促進(jìn)單體或反應(yīng)液快速升溫，且加熱均勻，避免了傳統(tǒng)加熱方式加熱速度慢、受熱不均勻等缺點，具有內(nèi)部加熱、清潔、節(jié)能和體系易控制等優(yōu)點[1-4]。近年來，國內(nèi)外對微波合成反應(yīng)的研究進(jìn)行了大量的報道，微波技術(shù)在聚合反應(yīng)中也得到了廣泛的應(yīng)用[5-10]。

本實驗以芭蕉芋淀粉和丙烯酸為主要原料，利用淀粉多羥基易于吸收微波的特點，在傳統(tǒng)制備方法基礎(chǔ)上，采用微波輻射合成新工藝，研究以過硫酸銨為引發(fā)劑、N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑在水溶液中的共聚反應(yīng)規(guī)律。

1 材料與試劑

1.1 材料與試劑

芭蕉芋淀粉(產(chǎn)地：貴州興義市) 市售；丙烯酸(AR) 天津市永大化學(xué)試劑有限公司；過硫酸銨(AR)、N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺(CP)、氫氧化鈉(AR)、無水乙醇(AR) 成都市科龍化工試劑廠；丙酮(AR) 衢州巨化試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

真空干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；JB90型無級調(diào)速電動攪拌機、866A-0型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海精科實業(yè)有限公司； EV025LC7-NR型蒸立方微波爐 美的微波電器制造有限公司；Nicolet 380 傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo electron corporation公司；粉碎機九陽股份有限公司。

1.3 接枝共聚物制備方法

芭蕉芋淀粉糊化：在微波專用器皿中加入3.0000g芭蕉芋淀粉，加入適量的蒸餾水，攪拌，使其形成均勻的淀粉乳。將其放入微波爐中，在一定的功率和時間下進(jìn)行糊化，糊化完全后，待其冷卻至常溫，待用。

聚合反應(yīng)：準(zhǔn)確量取所需的單體(丙烯酸)體積，加入氫氧化鈉，中和到一定的中和度，冷卻至常溫后，加入裝有糊化淀粉乳的微波專用器皿中，不斷攪拌直至混合均勻。依次加入反應(yīng)所需的引發(fā)劑(過硫酸銨)和交聯(lián)劑(N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺)，迅速蓋上反應(yīng)器皿的蓋子，放入微波爐中，在一定的微波功率下反應(yīng)一段時間后，結(jié)束實驗。

接枝共聚物洗滌：聚合產(chǎn)物用無水乙醇洗滌2～3次，于75℃真空干燥至質(zhì)量恒定，再經(jīng)粉碎和過篩后，得到晶狀高吸水性樹脂。

接枝共聚物純化：定量稱取接枝粗產(chǎn)物于索氏提取器，以丙酮作溶劑，抽提24h，除去均聚物，于80℃熱風(fēng)干燥箱干燥至質(zhì)量恒定，得純接枝共聚物。

1.4 樹脂吸水倍率的測定

準(zhǔn)確稱取0.1000g(干基)干燥后的樣品于燒杯中，然后加入200mL去離子水，待吸水完畢后用100目網(wǎng)篩過濾，濾至3min之內(nèi)無水滴滴下為止。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 微波功率對樹脂吸水倍率的影響

芭蕉芋淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.6%，在1000W微波功率下進(jìn)行糊化4min，單體丙烯酸與芭蕉芋干淀粉質(zhì)量比為8∶1，丙烯酸中和度為80%，引發(fā)劑過硫酸銨和交聯(lián)劑N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺的用量分別為芭蕉芋干淀粉的3%和0.9%，改變反應(yīng)微波功率，在微波爐中反應(yīng)3min，制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的吸水倍率如圖1所示。

圖1 反應(yīng)微波功率對樹脂吸水倍率的影響Fig.1 Effect of microwave power on water absorption of resin

在反應(yīng)中，微波主要起到提供能量的作用，微波功率的大小對樹脂的吸水倍率有很大影響。當(dāng)微波功率過低時，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速率減慢，降低反應(yīng)效率；實驗中容器吸熱、環(huán)境升溫等因素造成體系能量的損耗，從而造成反應(yīng)不完全；另外微波加熱時功率過低，容易使得體系受熱不均勻，反應(yīng)程度不均勻，影響樹脂的吸水性能，使得樹脂的吸水倍率下降。反應(yīng)微波功率過高時，反應(yīng)體系溫度在短時間內(nèi)驟升，導(dǎo)致聚合反應(yīng)劇烈，不宜形成具有良好網(wǎng)路結(jié)構(gòu)的樹脂；體系溫度較高，容易造成丙烯酸的大量揮發(fā)，從而使得淀粉接枝不完全；另外，由于體系溫度高，反應(yīng)速度快，易造成反應(yīng)液飛濺，產(chǎn)物的形態(tài)在短時間內(nèi)有較大變化，因此反應(yīng)不容易控制。從圖1可知，過高或過低的微波功率都影響樹脂的吸水倍率，當(dāng)反應(yīng)微波功率在500W時，所得到的樹脂的吸水倍率最高，且反應(yīng)條件較溫和，因此，采用500W作為聚合反應(yīng)時的微波功率。

2.1.2 糊化時間對樹脂吸水倍率的影響

芭蕉芋淀粉糊化時依次改變糊化時間，接枝反應(yīng)微波功率為500W，其他反應(yīng)條件同2.1.1節(jié)所述，樹脂的吸水倍率如圖2所示。

圖2 淀粉糊化時間對樹脂吸水倍率的影響Fig.2 Effect of gelatinization time of starch on water absorption of resin

由圖2可知，隨著糊化時間的延長，樹脂的吸水倍率逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)時間在4min時，樹脂的吸水倍率最大值。糊化時間少于4min時，隨著糊化時間的延長，淀粉顆粒吸水膨脹，達(dá)到一定時間后，高度膨脹的淀粉顆粒間相互接觸，變成半透明的黏稠糊狀，有利于接枝共聚，并使產(chǎn)物分子質(zhì)量提高，產(chǎn)物的吸水倍率增加；糊化時間超過4min以后，溶解的淀粉之間趨向于平行排列，經(jīng)氫鍵結(jié)合成結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，不溶于水，而且淀粉糊的膠體結(jié)構(gòu)被破壞，使淀粉的溶解性降低，不利于淀粉的接枝共聚，導(dǎo)致吸水倍率降低。因此，選用4min作為聚合反應(yīng)時的糊化時間。

研究[11-12]表明，在適當(dāng)?shù)奈⒉l件下，對芭蕉芋淀粉進(jìn)行加熱使其在水中發(fā)生溶脹、分裂形成均勻的糊狀溶液，糊化淀粉的接枝效果通常比直接采用原淀粉的效果更好，其中的原因是由于淀粉經(jīng)糊化后，分子鏈在水中得到一定程度的伸展，與單體、引發(fā)劑和交聯(lián)劑的相容性提高，淀粉鏈上的羥基更加容易被引發(fā)形成接枝活性點；淀粉分子鏈的伸展使淀粉大分子鏈間的距離增大，接枝支鏈就不容易隨淀粉鏈發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，提高了接枝產(chǎn)物的分子質(zhì)量；微波能具有良好穿透性能，淀粉加熱糊化時，能使淀粉的結(jié)晶度下降，無定形區(qū)增大，從而增加了單體與引發(fā)劑與淀粉接枝活性點的接觸機率[13-14]。

2.1.3 淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對樹脂吸水倍率的影響

反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)所述，依次改變芭蕉芋淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2.9%、3.2%、3.6%、4.1%、4.8%)，所得樹脂的吸水倍率如圖3所示。

圖3 淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對樹脂吸水倍率的影響Fig.3 Effect of concentration of starch on water absorption of resin

由圖3可知，樹脂的吸水倍率隨著淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)增長后減小的趨勢。這是因為淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小直接影響到接枝樹脂的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)過小時，整個反應(yīng)體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較小，不利于單體與淀粉自由基鏈接觸并發(fā)生接枝共聚反應(yīng)；另外淀粉在接枝共聚反應(yīng)中是聚合的骨架，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)過小時，不利于交聯(lián)反應(yīng)，從而影響樹脂的分子質(zhì)量，形成的產(chǎn)物是水溶性的。當(dāng)?shù)矸廴橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，整個體系的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)會很高，這樣會導(dǎo)致體系的黏度增大，嚴(yán)重影響了單體與淀粉自由基鏈接觸，導(dǎo)致接枝共聚反應(yīng)不完全；此外，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高導(dǎo)致交聯(lián)反應(yīng)極其容易發(fā)生，使得產(chǎn)物交聯(lián)過度，造成樹脂的吸水倍率較低。因此，本實驗采用芭蕉芋淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%。

2.1.4 反應(yīng)時間對樹脂吸水倍率的影響

反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)所示，只改變反應(yīng)時間(2、2.5、3、3.5、4min)，制備所得樹脂的吸水倍率如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對樹脂吸水倍率的影響Fig.4 Effect of reaction time on water absorption of resin

微波法制備淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂，可以加快反應(yīng)速度，但是其反應(yīng)還是自由基機理，微波輻射加快了接枝聚合的反應(yīng)速度，大大地縮短了反應(yīng)周期，吸水性能也有所提高[15]。從圖4可知，樹脂的吸水倍率在反應(yīng)時間為3min時達(dá)到最大，這是因為隨著微波輻射時間的延長，所得到的反應(yīng)產(chǎn)物中具有吸水能力的淀粉丙烯酸接枝共聚物也就越多，樹脂的吸水倍率隨著增加。但微波持續(xù)輻射時間過長時，產(chǎn)物的交聯(lián)度過大，出現(xiàn)糊斑，使得樹脂的吸水倍率下降。因此，本實驗采用微波輻射3min作為最佳反應(yīng)時間。

2.1.5 單體用量對樹脂吸水倍率的影響

改變單體丙烯酸溶液的用量(18、21、24、27、30mL)，其他反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)所示，制備所得樹脂的吸水倍率如圖5所示。

圖5 單體用量對樹脂吸水倍率的影響Fig.5 Effect of concentration of monomer on water absorption of resin

在一定的加入量范圍之內(nèi)，增加單體丙烯酸的用量，有利于提高淀粉的接枝效率和接枝鏈的平均相對分子質(zhì)量，從而增加樹脂的吸水倍率；當(dāng)單體用量過高時，淀粉的空間位阻效應(yīng)顯著，丙烯酸本身的均聚反應(yīng)幾率增大，從而對淀粉接枝丙烯酸的聚合反應(yīng)有所抑制，影響接枝效率、支鏈相對分子質(zhì)量以及樹脂的吸水倍率等。從圖5可以看出，當(dāng)單體丙烯酸用量為24mL(與淀粉的質(zhì)量比為8∶1)時，樹脂的吸水倍率最高，因此本實驗單體用量選用24mL(與淀粉的質(zhì)量比為8∶1(mL/g))。

2.1.6 引發(fā)劑用量對樹脂吸水倍率的影響

圖6 引發(fā)劑用量對樹脂吸水倍率的影響Fig.6 Effect of concentration of initiator on water absorption of resin

反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)，依次改變引發(fā)劑用量與芭蕉芋淀粉質(zhì)量之間的比例(2%、2.5%、3%、3.5%、4%)，制備所得樹脂的吸水倍率如圖6所示。引發(fā)劑用量不僅影響反應(yīng)速率，而且還影響到聚合物的分子質(zhì)量。引發(fā)劑分解淀粉產(chǎn)生自由基的速率與引發(fā)劑用量呈正比關(guān)系，隨著引發(fā)劑用量增加，產(chǎn)生的自由基增多，提高了反應(yīng)速度；但引發(fā)劑用量過多，由于自由基反應(yīng)所引起的鏈終止反應(yīng)及單體自由基密集所引起的均聚反應(yīng)幾率也增加，從而影響活性接枝側(cè)鏈的增長，樹脂的吸水倍率下降。從圖6可知，引發(fā)劑用量占淀粉質(zhì)量高于或低于3%時，樹脂的吸水倍率都未達(dá)到最佳，因此，確定本實驗的引發(fā)劑的用量是占淀粉質(zhì)量的3%。

2.1.7 交聯(lián)劑用量對樹脂吸水倍率的影響

圖7 交聯(lián)劑用量對樹脂吸水倍率的影響Fig.7 Effect of dose of cross linker on water absorption of resin

改變交聯(lián)劑用量占淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.7%、0.8%、0.9%、1.05、1.1%)，固定其他反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)，制備所得樹脂的吸水倍率如圖7所示。

反應(yīng)中加入交聯(lián)劑，一方面可以有利于樹脂形成較好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于增加吸水倍率，另一方面，可以增加親水基團的密度，同樣有利于提高樹脂的吸水倍率。但是，交聯(lián)劑的用量不宜過低或過高，用量過少，形成的交聯(lián)點過少，不能形成完整的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，樹脂的吸水倍率較低；用量過高，會使過密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的微孔變小，樹脂吸水后溶脹時不易擴張，導(dǎo)致吸水倍率下降。從圖7可以看出，當(dāng)交聯(lián)劑用量為淀粉0.9%時，制備所得的樹脂的吸水倍率為最佳，因此，交聯(lián)劑用量選用占淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.9%作為本實驗的制備條件。

2.1.8 單體中和度對樹脂吸水倍率的影響

改變單體的中和度(70%、75%、80%、85%、90%)，其他反應(yīng)條件如2.1.1節(jié)，制備所得樹脂的吸水倍率如圖8所示。

圖8 單體中和度對樹脂吸水倍率的影響Fig.8 Effect of neutralization degree of monomer content on water absorption of resin

由于單體丙烯酸容易發(fā)生自交聯(lián)的均聚反應(yīng)，從而嚴(yán)重影響淀粉與丙烯酸的接枝共聚反應(yīng)。單體中和度過低時，接枝側(cè)鏈中羧基含量太高，容易促使鏈間發(fā)生氫鍵的自交聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致樹脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)過度，影響吸水倍率。從圖8可知，本實驗的單體丙烯酸中和度應(yīng)采用80%作為制備條件。

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化制備工藝

2.2.1 響應(yīng)曲面法試驗設(shè)計

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合考慮各因素對樹脂吸水倍率的影響，確定3個主要因素，根據(jù)Box-Behnken模型的中心組合試驗設(shè)計原理，設(shè)計響應(yīng)曲面試驗對制備工藝進(jìn)行優(yōu)化試驗設(shè)計，確定最優(yōu)制備工藝。以樹脂吸水倍率為響應(yīng)值，自變量為單體用量、引發(fā)劑用量、單體中和度，分別以X1、X2、和X3代表，按方程xi＝(Xi－X0)/△X對自變量進(jìn)行編碼，其中，xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實值，X0為試驗中心點處自變量的真實值，△X為自變量的變化步長。因素編碼及各自變量水平見表1，試驗安排及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面法試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface experimental design

2.2.2 模型方程的建立與顯著性檢驗

應(yīng)用Design-Expert軟件，對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合。選擇對響應(yīng)值顯著的各項，進(jìn)行回歸方程系數(shù)及其顯著性檢驗。

表2 響應(yīng)面法試驗設(shè)計與結(jié)果Table 2 Response surface experimental trials and their results

單體用量(X1)、引發(fā)劑用量(X2)和單體中和度(X3)與樹脂吸水倍率之間的二次多項回歸方程：

回歸方差分析顯著性檢驗(表3)表明，單體用量、引發(fā)劑用量兩因素對樹脂吸水倍率的線性效應(yīng)最顯著；各因子間明顯交互作用比較明顯。在本試驗設(shè)計范圍內(nèi)，該模型回歸顯著(P＜0.0001)。模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9985，說明該模型能解釋99.85%響應(yīng)值的變化，即該模型與實際實驗擬合良好，證明應(yīng)用響應(yīng)曲面法優(yōu)化制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂工藝可行。

表3 回歸方程系數(shù)及其顯著性檢驗Table 3 Regression coefficient and significance test

2.2.3 響應(yīng)面分析

由回歸方程所作的響應(yīng)曲面圖如圖9所示，可以看出，單體用量(X1)和引發(fā)劑用量(X2)是影響樹脂吸水倍率的最顯著因素，單體中和度(X3)對其影響較小。從等高線的形狀可以反映出單體用量(X1)、引發(fā)劑用量(X2)的交互作用較顯著。

圖9 兩因素交互作用對制備工藝影響的等高線和響應(yīng)曲面圖Fig.9 Contour plot for two factors interactions on water absorption of resin

對回歸方程求導(dǎo)，并令其等于零，可以得到曲面的最大點，即3個主要因素的最佳水平值，分別是X1＝0.1673、X2＝－0.1926、X3＝0.0059，轉(zhuǎn)換后得到制備的最佳條件為：單體丙烯酸用量24.5mL、引發(fā)劑用量占淀粉質(zhì)量的2.8%、單體丙烯酸中和度80.1%，其對應(yīng)的響應(yīng)值為781g/g。為了進(jìn)一步驗證最優(yōu)制備條件，采用上述條件進(jìn)行實驗，結(jié)果制備所得樹脂的吸水倍率為769g/g。實驗表明，采用響應(yīng)面法優(yōu)化微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂工藝準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

2.3 結(jié)構(gòu)表征

取2g經(jīng)過丙酮純化的樣品，放入100mL燒杯中，加入100mL無水乙醇攪拌30min，經(jīng)砂芯漏斗過濾后，在55℃烘箱中干燥24h，然后把純的接枝產(chǎn)物和芭蕉芋淀粉分別用KBr壓片，采用傅里葉變換紅外光譜儀測定紅外吸收曲線。接枝產(chǎn)物和芭蕉芋淀粉的紅外譜圖如圖10所示。

圖10 芭蕉芋淀粉和淀粉接枝丙烯酸的紅外光譜圖Fig.10 IR spectra of native starch from Canna edulis Ker and the starch grafted with acrylic acid

由芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的紅外吸收譜圖(圖10)可知，在3429.12cm-1處出現(xiàn)了O－H伸縮振動吸收峰，在1324.97cm-1處有O－H的面內(nèi)變形振動以及在1032.04cm-1處有C－O的伸展振動的特征峰，另外，在2939.45cm-1處出現(xiàn)了－[CH2－CH－]n的特征峰。這些特征峰在芭蕉芋淀粉的紅外譜圖中也在相同或相近的位置出現(xiàn)了，因此，可以確定產(chǎn)品是以芭蕉芋淀粉為骨架的。淀粉接枝丙烯酸譜圖在1715.04cm-1處出現(xiàn)了丙烯酸多聚體C＝O的特征吸收峰以及在1570.16cm-1處有較強的－NH特征吸收譜帶，為接枝丙烯酸的特征吸收峰，而這一特征峰在芭蕉芋原淀粉譜圖中并未出現(xiàn)。說明丙烯酸單體已經(jīng)與淀粉發(fā)生了接枝共聚反應(yīng)，形成了穩(wěn)定的共聚物，而不是簡單丙烯酸均聚物與淀粉的混合物。

3 結(jié) 論

3.1 以樹脂的吸水倍率為指標(biāo)，對微波法制備條件進(jìn)行了初步研究，探討了反應(yīng)微波功率、糊化時間、淀

粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時間、單體用量、引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量、單體中和度等因素對樹脂吸水倍率的影響，通過響應(yīng)面分析法確定出最佳制備條件為單體丙烯酸與干淀粉比為8.2∶1(mL/g)、引發(fā)劑用量占淀粉質(zhì)量的2.8%、單體丙烯酸中和度為80.1%。

3.2 本實驗采用微波糊化芭蕉芋淀粉工藝，不但具有糊化淀粉的作用，而且微波能可以破壞淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，使得淀粉的結(jié)晶度下降，從而有利于淀粉的接枝改性。因此，微波糊化工藝不僅能大量的節(jié)省反應(yīng)時間，而且能夠提高產(chǎn)品的產(chǎn)率和性能。采用微波法制備芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂，與傳統(tǒng)工藝相比，大大地縮短了生產(chǎn)周期，具有清潔、方便、高效、產(chǎn)物吸水倍率高等優(yōu)點，有利于淀粉類高吸水性樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)，是一種值得推廣的合成方法。

[1] REGIER M, SCHUBERT H. Microwave processing[M]//RICHARDSON P. Thermal technologies in food processing. Cambridge∶Woodhead Publishing, 2001.

[2] 金欽漢, 戴樹珊, 黃卡瑪. 微波化學(xué)[M]. 北京∶ 科學(xué)出版社, 2001∶145.

[3] SCHUBERTH, REGIER M. The microwave processing of foods[M].Cambridge∶ Woodhead Publishing, 2005.

[4] OHLSSON T, BENGTSSON N. Microwave technology and food[J].Advances in Food and nutrition Research, 2001∶ 65-140.

[5] LU Jianmei, ZHU Xiulin, JI Shunjuan, et al. Microwave radiation copolymerization in solid state of malefic ambydride and allytbiourea[J].J Appl Polym Sic, 1998, 68(10)∶ 1563-1566.

[6] GEDYE R, SMITH F, WESTAWAV K. The use of microwave ovens for rapid organic synthesis[J]. Tetrahedron Letters, 1986, 27(3)∶ 279-282.

[7] GIGUERE R J, BRAY T L, DUNCAN S M. Application of commercial microwave ovens to organic synthesis[J]. Tetrahedron Letters, 1986, 27(41)∶ 4945-4948.

[8] 伍亞華, 石亞中. 微波合成甘薯淀粉基高吸水樹脂[J]. 應(yīng)用化工,2009, 38(7)∶ 958-961.

[9] 姜紹通, 伍亞華, 潘麗軍, 等. 淀粉基高吸水樹脂的制備新方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報∶ 自然科學(xué)版, 2006, 29(3)∶ 260-263.

[10] 何德林, 王錫臣. 微波技術(shù)在聚合反應(yīng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2001, 17(1)∶ 20-24.

[11] 楊新革, 劉興武. 微波法合成淀粉丙烯酸高吸水性樹脂的研究[J]. 臨沂師范學(xué)院學(xué)報, 2008, 30(3)∶ 66-70.

[12] 鞏倩, 陳夫山. 原材料的選擇和處理對合成淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺高吸水樹脂的影響[J]. 皮革化工, 2006(5)∶ 23-27.

[13] LUO Zhigang, HE Xiaowei, FU Xiong, et al. Effect of microwave radiation on the physicochemical properties of normal maize, waxy maize and amylomaize V starches[J]. Starch, 2006, 58(9)∶ 468-474.

[14] 邱怡, 葉君, 熊犍. 微波輻射對淀粉結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響[J]. 高分子通報, 2007(2)∶ 57-62.

[15] TONG Zheng. Application of microwave energy in synthesis of superabsorbent[C]// Proceedings of the 2004 China-Japan Joint Meeting on Microwave. Harbin, 2004∶ 243-246.

Optimization on Preparation Technology of Super Absorbent Resin Polymerized by Microwave with Gelatinized Starch fromCanna edulisKer and Acrylic Acid through Response Surface Methodology

HUANG Gan-hui1，GU Qian-hui1，GU Zhen-yu2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China；
2. Food Safety Key Laboratory of Zhejiang Province, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310035, China)

The synthetic conditions of super absorbent resin fromCanna edulisKer starch and acrylic acid under microwave irradiation were studied. Based on single factor test, response surface methodology (RSM) was applied to investigate the effects of ratios of acrylic acid to starch, dose of initiator, neutralization ratio of acrylic acid by NaOH on the water-absorbent rate. The structure of co-polymers have been analyzed. The optimum preparation conditions were mass ratio of monomer to starch at 8.2∶1, 2.8% initiator (accounts for the proportion of starch quality), neutralization ratio of acrylic acid at 80.1%. In this case, the water absorbency was 769 g/g. Infrared scanning spectra indicated that co-polymer had characteristic hydrophilic group such as carboxyl group, amide group.

Canna edulisKer starch；super absorbent resin；graft copolymer；response surface methodology

TS207.3

A

1002-6630(2012)10-0124-07

2011-05-03

黃贛輝(1967—)，男，教授，博士，研究方向為天然產(chǎn)物、人工智能。E-mail：huangganhui@163.com