LASP-AA-AM高吸水樹脂的合成、性能及蓄冷保鮮應(yīng)用研究.pdf

1、高吸水性樹脂(Super absorbent polymers，SAP)是可以吸收自重數(shù)百倍至上千倍水的一類物質(zhì)，且吸收的水不易用機械方法分離。目前世界上商業(yè)性最廣泛的是聚丙烯酸鹽類(包括淀粉接枝和丙烯酰胺共聚等)高吸水性樹脂，該類樹脂吸水性能好，但耐鹽性和生物降解性差。聚天門冬氨酸(polyaspartic acid，簡稱PASP)屬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有很強的吸水性和良好的生物降解性，但凝膠強度低和耐鹽性差。因此，選用綠色天然物質(zhì)L-天冬

2、氨酸(LASP)為添加原料，采用合適的制備方法和工藝來提高傳統(tǒng)丙烯酸-丙烯酰胺(AA-AM)高吸水樹脂的吸水性能、耐鹽性能、生物降解性能和蓄冷保鮮性能，對實現(xiàn)其工程應(yīng)用具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　 本文研究以綠色天然物質(zhì)LASP為添加原料，采用過硫酸鉀為引發(fā)劑，N'N-亞甲基雙丙烯酰為交聯(lián)劑，合成LASP/AA/AM高吸水性樹脂。探索了聚合物合成中的單因子和多因子組合的最佳條件，測定了聚合反應(yīng)過程中單體反應(yīng)級數(shù)和聚合反應(yīng)

3、活化能。對LASP/AA/AM高吸水性樹脂的吸水性能、生物降解性能、蓄冷性能、保鮮性能等進行了檢測和分析，并用紅外光譜儀(FT-IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對LASP/AA/AM高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)進行表征，得到如下結(jié)論：
　　 (1)以過硫酸鉀為引發(fā)劑，N'N-亞甲基雙丙烯酰為交聯(lián)劑，以丙烯酰胺和適度中和丙烯酸為基本單體，加入適量的LASP為添加單體，采用水溶液法制備了高性能LASP/AA/AM高吸水性樹脂。研究了LASP添

4、加量、WAA：WAM比例等因子的最適量，且得出各因子對樹脂吸水倍率的影響順序為：LASP用量>WAA：WAM比例>引發(fā)劑用量>交聯(lián)劑用量。正交試驗確定了本共聚反應(yīng)的最佳組合，即LASP用量為單體用量8％，引發(fā)劑用量為單體用量0.5％，交聯(lián)劑用量為單體用量0.2％，WAA：WAM比為70:30，獲得樹脂的最高吸水倍率達(dá)到了1017 g/g，最高吸鹽水倍率達(dá)到98 g/g。
　　 (2)采用水溶液引發(fā)LASP/AA/AM共聚，單體反

5、應(yīng)級數(shù)為1，共聚反應(yīng)活化能為29.45KJ/mol。LASP含量為5％時，聚合反應(yīng)速率最高，說明添加LASP單體有加速聚合反應(yīng)的作用。通過FTIR和SEM對合成的高吸水樹脂結(jié)構(gòu)進行表征，在FTIR圖譜上，1322cm-1處出現(xiàn)了C-N的伸縮，859cm-1出現(xiàn)表示分子順反結(jié)構(gòu)的譜帶，某些基團發(fā)生位移，并出現(xiàn)相應(yīng)的振動伸縮峰，都證明了LASP與AA、AM發(fā)生了聚合反應(yīng)。樹脂表面結(jié)構(gòu)SEM圖顯示AA/AM樹脂表面較光滑，而LASP/AA/A

6、M樹脂表面較粗糙，有不規(guī)則的棱和溝壑出現(xiàn)，印證了LASP/AA/AM樹脂比AA/AM樹脂有更加優(yōu)良吸水倍率和吸水速率。
　　 (3)微生物生長培養(yǎng)實驗表明，LASP/AA/AM樹脂微生物生長級數(shù)達(dá)到最高級4級，而AA/AM樹脂微生物生長級數(shù)只是1級，表明LASP/AA/AM樹脂的碳源能有效被微生物所利用；通過樹脂薄片被微生物降解后的表面結(jié)構(gòu)SEM表征，AA/AM樹脂表面只表現(xiàn)出輕微的侵蝕，而LASP/AA/AM樹脂表面變得密集的

7、粗糙蓬松，表明樹脂已大量被微生物降解利用?；菊f明了添加LASP后，LASP/AA/AM高吸水樹脂具有良好的生物降解性能。
　　 (4)飽和的高吸水性樹脂中絕大部分是水，而且水的物性參數(shù)基本上未變，其中水的蒸汽壓、冰點、比熱容、融潛熱等基本物性與水相似，故高吸水性樹脂－水體系具備固－固蓄冷材料特點，可以同時調(diào)節(jié)環(huán)境中的溫度和濕度。高吸水樹脂蓄冷系統(tǒng)有較大的潛熱，LASP/AA/AM樹脂－水體系、AA/AM樹脂－水體系的熔融熱分別

8、為427.9、386.47，明顯大于純水－冰的335。與冰蓄冷系統(tǒng)比較，AA/AM樹脂－水蓄冷系統(tǒng)降溫速度最快，LASP/AA/AM樹脂－水其次，凍結(jié)溫度以LASP/AA/AM樹脂最低，可能是在冰蓄冷系統(tǒng)中，蓄冷介質(zhì)只有水，而在高吸水樹脂復(fù)合蓄冷劑的蓄冷系統(tǒng)中，蓄冷介質(zhì)除了水還有空氣，有效提高了傳熱速率。而高吸水樹脂復(fù)合純水的蓄冷系統(tǒng)釋冷較快，絕對溫度較低，且持續(xù)時間較長，LASP/AA/AM樹脂－水蓄冷系統(tǒng)釋冷性能較優(yōu)于AA/AM樹脂

9、－水的蓄冷系統(tǒng)。
　　 (5)貢柑果實水分活度介于0.986～1.0間，可以充分反映果實水分活性的變化，果實成熟度高，水分活性也較高。貢柑果實果汁紅外光譜在1649.4(1654.6～1638.4 cm-1)附近峰位差異性大，是可以直接用于可溶性糖組分定性分析的波數(shù)；在1055.6(1057.1～1053.5 cm-1)附近峰位差異性小，可適用于定量分析蔗糖等可溶性糖總量的變化。貢柑不同采收期的果實可溶性糖紅外光譜表現(xiàn)出差異，采

10、收遲的果實呈現(xiàn)接近果糖的紅外光譜特征。貢柑果實蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖含量變化呈“S”型變化模式，其峰位的變化與TSS含量增加呈逆向變化關(guān)系，但和甜味品質(zhì)變甜變淡趨勢相同。2，4-D處理貢柑后能明顯延長果實風(fēng)味品質(zhì)保持期，但不能阻止果實甜味品質(zhì)變淡，其蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖含量變化完全不同于對照的“S”型變化特征。
　　 (6)貢柑貯藏試驗結(jié)果表明，常溫貯藏出現(xiàn)異味，冰溫貯藏出現(xiàn)凍害結(jié)冰沙的現(xiàn)象，唯有低溫貯藏的果實仍有