知識目標
1.了解接枝澱粉的概念。
2.了解接枝澱粉的性質與應用。
3.了解接枝共聚反應。
4.熟悉接枝澱粉的生產工藝。
能力目標
能夠在接枝澱粉的主要生產崗位進行生產操作。
任務 接枝澱粉的生產
【相關知識】
一、概述
澱粉經物理或化學方法引發，與丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等單體進行接枝共聚反應，形成接枝共聚澱粉。通過選擇不同的接枝單體、控製適當的接枝率、接枝頻率和支鏈平均分子質量，可以製得各種具有獨特性能的產品。它們既有多糖化合物的分子間的作用力與反應性，又有合成高分子的機械與生物作用穩定性和線性鏈展開能力，在高分子絮凝劑、高吸水材料、造紙工業助劑、油田化學材料、可降解地膜和塑料等多方麵的實際應用中具有優異的性能。
二、性質與應用
（一）性質
1.吸水、保水性
接枝共聚物的吸水性和其形狀關係較大。表麵積越大，吸水性越強，高吸水樹脂是高分子化合物的電解質，通常是接枝共聚物的皂化產品，因此pH和水中鹽的含量對其吸水性都有影響，pH一般在6～8範圍，否則吸水能力會下降。鹽類影響更大，一般澱粉與丙烯腈共聚的吸水樹脂，吸水能力一般在自重的250倍以上，加入0.9%的生理鹽水後隻能吸收自重的50倍；加入0.1mol/L氫氧化鈉溶液後吸收自重的60倍；加入0.05mol/L硫酸卻隻有8倍。高吸水樹脂對水有強吸水能力，但對有機溶劑無吸收能力。
高吸水樹脂一旦吸水，就溶脹成凝膠，即使加壓、加水也無法除去，即具有一定的保水性，這個特點使其廣泛用於農業和環境保護。
2.吸氨能力
高吸水樹脂分子中含有豐富羧基，通常皂化使其呈中性，但隻有70%羧基被中和，還有30%以羧基形式存在，正是由於這種特殊的組成，高吸水樹脂遇堿後還可反應變成鹽基，當和氨水相遇後可吸收氨轉變成銨鹽結構，這一特點可用來加工成紙尿布、衛生巾、醫用墊子等。
3.可逆性
吸水樹脂具有優良的吸水性和保水性，而且吸水後仍保持一定的強度，但當溫度和pH變化時吸入的水分，會因樹脂的收縮而失水。如pH在3左右時，樹脂會收縮到原來體積，pH 7以上時，則又會膨脹，由此看來高吸水樹脂不是一次性吸水而是可以反複使用。
4.生物降解性
熱塑性澱粉接枝共聚物在微生物、光等作用下經過一段時間後可降解成有機肥料，重新被自然界吸收利用。這一性能對環境保護意義重大。
（二）應用
澱粉接枝共聚物的用途十分廣泛，主要應用於高吸水材料、生物降解塑料、造紙工業、環境廢水處理、石油工業、醫藥工業方麵。
澱粉接枝共聚物在造紙工業上主要用作增強劑、上漿劑、助留劑、助濾劑等。
交聯澱粉和丙烯酸酯的接枝共聚物經過進一步改性後，對廢水中微量金屬離子的吸附與回收有一定功效。澱粉和丙烯酰胺的共聚物轉化成的陽離子型澱粉對Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Co2+具有吸附作用，還可作沉降劑、上浮劑，用於浮選礦石或處理廢水，而且這種樹脂比高分子助劑低廉。
以石油化工為原料合成的塑料製品，化學穩定性高，難以被自然界分解，造成嚴重的環境汙染。澱粉接枝共聚產品價格低廉，生物降解性能好，和其他高分子化合物兼容性好，可以製出降解性能和其他性能都能滿足要求的材料。
澱粉接枝共聚物還可作為吸水、保水性產品，被廣泛用於蔬菜保鮮、餐巾、紙尿布、衛生巾、樹苗移植保水劑、土壤保水劑、脫水材料等產品中。還可用作瓦楞紙板膠黏劑、鋅電池的電極基材、毛皮鞣製劑以及精紡紗的填料等。
三、接枝共聚反應
接枝共聚反應是合成單體發生聚合反應，生成高分子鏈，經共價化學鍵接枝到澱粉分子鏈上，簡單表示澱粉接枝共聚物的結構。
AGU代表澱粉分子中的脫水葡萄糖單元，相對分子質量為162；M表示接枝共聚反應中所使用的單體的重複單元，如CH2CHX。當X=—COOH，—CONH2，
—COOCH2NR3時，產品是水溶性的，可用作增稠劑、吸收劑、施膠劑、黏結劑和絮凝劑；當X=—CN，—COOR，—C6H5時，產品是水不溶性的，可用作樹脂和塑料。澱粉接枝共聚物所采用的命名法是由Ceresa建議的，人工合成單體在接枝反應中，一部分聚合成高分子鏈，接枝到澱粉分子鏈上，另一部分聚合，沒有接枝到澱粉分子上，後一種聚合高分子稱為“均聚物”；接枝澱粉與均聚物的混合物稱為“共聚物”，接枝量占單體聚合總量的百分率稱為接枝效率。例如，單體聚合物為100，其中60%是接枝到澱粉分子鏈上，則接枝效率為60%。在接枝反應中，當然希望接枝效率越高越好。若是接枝效率低，則產物主要是澱粉和均聚物的混合物，共聚物少。共聚物含有接枝高分子的質量分數稱為接枝百分率。
共聚物具有澱粉和接枝高分子兩者的性質，隨接枝百分率、接枝頻率和接枝高分子鏈平均相對分子質量的大小而有所不同。接枝頻率為接枝鏈之間的平均葡萄糖基數目，由接枝百分率和共聚物平均相對分子質量計算而得。用酸或酶法水解掉共聚物中的澱粉部分，剩下的合成高分子部分，用黏度法或滲透壓力法測定平均相對分子質量。
接枝效率=澱粉接枝共聚物質量/(均聚物質量+澱粉接枝共聚物質量)×100%
接枝轉化率是指接枝聚合物占加入單體總量的百分率。
接枝轉化率=接枝聚合物質量/加入單體質量×100%
用接枝頻率表示澱粉接枝共聚物中接枝鏈之間的平均葡萄糖單位數目，可由下式計算：
接枝頻率=(m1/162)/(m2/Mr)
式中m1——澱粉接枝共聚物中澱粉質量；
m2——接枝聚合物質量；
Mr——澱粉接枝共聚物中接枝聚合物的平均分子質量。
用接枝共聚物側鏈平均聚合度描述澱粉接枝共聚物中每個側鏈平均長度，可由下式計算：
接枝側鏈平均聚合度=Mr/單體分子質量
製備共聚物能用顆粒澱粉、糊化澱粉或變性澱粉為原料，一般是使用顆粒澱粉，所得共聚物產品仍保有顆粒的原來結構，甚至很高接枝百分率情況下也是如此。
接枝的合成高分子有的為水不溶性的，如聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯等，有的為水溶性的，如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等。這兩類不同合成高分子與澱粉的共聚物在溶液性質方麵存在差別。水不溶性的合成高分子與澱粉生成的共聚物不溶於水，甚至在水中較長時間受熱仍保持顆粒狀。用降解的澱粉(如糊精)為原料，共聚物具有高溶解度，在冷水中能溶解，隨澱粉的水解程度而定。