1、合成具有可生物降解性的淀粉-g-甲基丙烯酸乙酯/丙烯酸鈉/硅酸鈉超強吸水復合材料摘要：一個新的高吸水性復合聚合物(SAP)已經準備以淀粉,甲基丙烯酸乙酯(EMA)為單體 做接枝共聚反應,過氧苯甲酰(BPO)為引發劑和丙烯酸鈉為交聯劑。另外，研究表明，向該復合材料中添加硅酸鈉時，且當硅酸鹽能很好的分散在水中，且進入該復合材料的網絡結構,從而增加復合材料的孔隙，可以展現出更好的吸水性能。在形成網狀結構的高吸水性復合材料中，硅酸鈉作為交聯劑扮演了一個非常重要角色。該復合材料是通過紅外光譜、熱失重分析,x射線衍射方法合成的。對這些寶貴的新型材料的生物降解性隊為工業和商業上的重要性進行了評估。通過掃描電

2、子顯微鏡（SEM）對復合材料的生物降解前后的表面形貌進行了比較。簡介：這種可膨脹且吸收水分的聚合物，其重量超過原來體重的幾千倍，一般被稱為高吸水性聚合物（SAPS）。由于其優良的特性，這種高吸水性聚合物已經引起了相當大的興趣和研究并且已經在健康和農業1，2中使用。約90的高吸水性材料，被用于一次性用品。由于其中大部分是由垃圾填填埋或焚燒處理，具有敏感的環境問題，因此它目前活躍在研究領域。由于非生物降解的聚合物的污染造成許多環境問題，例如，來源于包裝材料塑料廢物，如垃圾袋，農用地膜，食品包裝，及其處理的容器。可生物降解的聚合物一般定義構成松散的合成體，旨在通過生物體自身的運動降解聚合物。過去幾十

3、年以來，許多嘗試一直專注于用廉價的和可生物降解的天然生物大分子進行嫁接或混合成塑料，如淀粉，纖維素，和，甲殼素等得到所期望屬性的新材料3-12。這些生物大分子，特別是淀粉，資源豐富，價格低廉，是可再生能源，并且可降解。 在這篇文章中，我們已經合成了一個新的以淀粉為基礎的高吸水材料，系統考察了交聯劑和添加劑對吸水性能的影響，因此本文的創新性是通過對它們土壤掩埋，污泥水，微生物即蠟樣芽胞桿菌（革蘭氏陽性）尚未嘗試和報告，進而研究新材料的降解性。實驗：甲基丙烯酸乙酯（EMA）和Na2CO3來購于德國的默克公司，丙烯酸，過氧化苯甲酰（BPO），對苯二酚是購于E（印度）的默克有限公司，硅酸鈉是由荷蘭的P

4、Q公司附贈的樣品。接枝共聚 通過自由基聚合制備接枝共聚物。將甲基丙烯酸乙酯加入一個裝有機械攪拌器，電容器的三頸瓶中，將N2 通入去離子水中，在攪拌的同時加入交聯劑丙烯酸鈉。溶液是在400-500的轉速下攪拌15分鐘。硅酸鹽溶液是以重量百分比為基準準備的。將混合物緩慢的加熱到80度，在此溫度下加入引發劑BPO。在反應進行2小時后將上述準備好的硅酸鹽溶液加入。然后反應聚合1小時后另外加入0.1M對苯二酚溶液完成反應。凝固后的產品首先用蒸餾水洗滌純化，并在40°C的烘箱干燥，然后在甲醇中回流8小時，以去除PMEA。丙烯酸鈉的制備將丙烯酸（0.5M）溶液與蒸餾水混合放置在裝有干燥乙醚的錐形瓶

5、中，用0.1M的丙烯酸滴定。分離出來的白色固體，在真空條件下過濾，并在真空干燥器中干燥。這個反應式是： 特點 結晶14被確認使用X射線衍射（XRD），掃描速度的2/分鐘飛利浦PW-1847 X射線晶體與吉尼爾對焦攝像頭配備的單位。 淀粉的紅外光譜，PEMA，ST-G-PEMA和St-g-PEMA/SS的樣品，以KBr壓片（0.5克）的形式被記錄在Perkin Elmer公司的Paragon500紅外分光光度計在400-4000厘米的范圍內） 用島津的DTA-500系進行了測試。它在室溫下以10 C / min的升溫速率升溫到600通過使用流速為50 mL / min的干燥氮氣。 JEOL公司，

6、日本5200型掃描電子顯微鏡倍率·1000（SEM）錄得的降解前后St-g-PEMA/SS表面形貌性質。水吸收率測量 在室溫下，將一克的接枝復合材料完全侵入水中，直到達成平衡。當樣品溶脹后倒入篩網中過濾10分鐘，然后稱重，得到吸水率。吸水率13（g水/ g樣品）計算使用公式如下：其中m和m0分別表示樣品吸水溶脹后的重量和吸水劑的重量。生物降解研究生物降解樣品，即淀粉，PEMA和St-g-PEMA/SS三種不同的方法如下所述：活性污泥降解 活性污泥水收集來自于接收衛生間和生活污水的化糞池。在聚丙烯容器內收集污泥水15，當完全填后完全封閉。然后污水立即被轉移到實驗室。放置 約1小時后總固

7、體濃度增加至5000毫克/升 。將活性污泥和聚合物樣品（0.2克）一起在放在室溫 下（28±2 C)且消毒過的容器中培養。通過在不同時間段質量的減少，對生物降解的研究除去重復的樣品。容器中的蒸餾水含有聚合物樣品而不存在污泥時則被認為有效的控制住了。土埋降解 通過樣品在土壤中質量的減少研究生物降解性。稱量的樣品，然后埋在含有雨季農田地表的淤積土的收集箱中。樣品被埋在20cm的深度。還采取了一個控制箱只有樣品，沒有土壤。在一定的時間間隔，土埋樣的本被挖了出來，用蒸餾水洗凈，在40 ± 2 C真空烘箱干燥24小時，然后在干燥器平衡至少24小時，并通過測量其干重進行評估。通過以上所

8、述相同的程序在獲得土埋前的起始重量。在培養介質中的降解 一個準備采取營養液體培養基中。蠟狀芽孢桿菌（革蘭氏陽性染色）細菌接種在這種介質上。這種純培養，分別維持在恒溫器中。所以準備在80，15 lb/in.2壓力對營養培養液滅菌45分鐘。然后將0.1克的每個樣品，即淀粉，PEMA和ST-G-PEMA復合材料添加到無菌的單獨的10ml試管中，每管樣品分別輔以不同細菌菌株接種。革蘭氏陽性芽孢桿菌的樣本退化監測的時間間隔8，15，21，28天。樣品在所需的時間后用去離子水反復清洗，在40 ± 1 C的烘箱中干燥24小時。然后將樣品稱重，以確定減少的重量。結果與討論紅外光譜嫁接到淀粉的紅外光譜

9、研究，如圖 1。由于C-H伸縮振動或亞甲基（C），CH3和乙烯o(C2H5）17在該地區2900-3000厘米的傳輸帶），即在2980，2940和2910厘米）。淀粉的OH鍵的伸縮在2900-3400厘米），但ST-G-PEMA它出現在3200-3700厘米）118。PEMA的羰基峰出現在1725年厘米），但ST-G-PEMA，它出現在1680厘米）1。 圖1 紅外光譜圖，(a)淀粉（b）PEMA,（C）ST-G-PEMA，（d）St-g-PEMA/SS X射線衍射。X-射線衍射X-射線衍射法19是一個非常有用和強大的分析技術，可以了解聚合物的結晶。從圖2中不同的山峰可以看出，它已被發現，雖然

10、淀粉，SS是半結晶20 St-g-PEMA/SS是在自然界的結晶，均聚物（PEMA）接枝淀粉與交聯劑，SA和添加劑，SS的結晶區域增加。應用布拉格公式計算，估算在d-空間峰頂的位置，對于PEMA是15.235A°和St-g-PEMA/SS的一個是12.973A°。因此，它是預測具有較高的結晶度和較高的孔隙率顯示最大的吸水能力Stg-PEMA/SS，如表1所示。 圖2 X射線衍射曲線，(a)淀粉，(b)PEMA（c）硅酸鈉，（d）熱重St-g-PEMA/SS6472 J材料科學（2006）41:6470-6475123表1 在80 C時由單體，引發劑，SA, SS的不同變化下

11、的吸水率。熱重分析通過比較其熱像圖3所示的曲線，在室溫下(28 ± 2 C)對淀粉，PEMA，ST-G-PEMA和St-g-PEMA/SS的熱行為進行了研究。從曲線的分解溫度（Td）發現，淀粉是210，PEMA是230和St-g-PEMA/SS是285。作為樣品Stg-PEMA/SS是在高溫下分解，因此它比其他提到的樣品具有高的熱穩定性。 溫 度圖3 熱重分析譜 (a)PMEA,(b)淀粉，（c)St-g-PEMA/SS掃描電子顯微鏡圖4顯示了ST-G-PEMA/ SS培養液體降解前后的表面形貌。St-g-PEMA/SS降解前，掃描電鏡顯示更多的網絡表面結構和淀粉接枝很規律，生物降解

12、后，表面上似乎是粗糙和不清晰的，從而確認了St-g-PEMA/SS對微生物的降解性。 圖4 掃描電子顯微鏡圖（a），（b），ST-G-PEMA對其生物降解前后的超吸收性超高吸水性引發劑BPO的影響對引發劑濃度的影響進行了研究，如表1。隨著引發劑BPO濃度的增加，BPO產生的自由基數量增加，溶脹度從0.005mol/cm3增加到0.01mol/cm3,然后緩慢的降低。聚合反應速率隨著產生自由基的引發劑濃度的增加而增加。從而這個因素是減少了交聯密度使聚合物的溶脹能力下降的原因。交聯劑SA的影響交聯劑濃度和樣品的吸水性（Q（H2O）之間的關系如表1所示。隨著交聯劑SA濃度的增加，吸水率從3.3到13

13、.5 · 10-3mol/cm3,然后再SA較高濃度下大幅下降。這個事實的原因是源于，隨著交聯劑的濃度增加，交聯密度增加，反過來，多孔性共聚物下降，從而吸水率下降。 添加劑SS的影響硅酸鈉對于超高吸水性質扮演著一個很重要的角色。添加劑加于復合材料Stg-PESMA/SA/SS測量的吸水性（QH2O）如表1所示。在EMA = 0.653mol /dm3, BPO = 0.01 mol /dm3, SA = 13.3 mol/dm3 and SS = 0.1 mol /dm3，復合材料顯示出最高吸水率。這是因為，SS完全溶于水時，它可能會形成弱鍵的聚合物，從而提高聚合物的親水性，有利于在

14、網絡空間內提高吸水能力。在SS的濃度較高時吸水性下降，因為在高濃度時可能有更多的Si-O-Si的復合材料的交聯，水分子可能沒有足夠的空間進入網絡中。生物降解活性污泥降解從比較淀粉，PEMA和St-g-PEMA/SS的生物降解研究發現，ST-G-PEMA/ SS被發現降解速度加快（減少重量）。但淀粉的體重減輕量表現出了較少，PEMA減少的重量更微不足道，如圖5。作為St-g-PEMA/SS像比其它擁有更多的網絡空間，它擁有比其它更多的水，因此，它更易分解。 降解時間（天數） 在EMA=0.563mol/cm3時，活性污泥中的降解性降解土埋試驗在這個測試中，PEMA的疏水性質在它自身重量減輕同時有

15、非常小的增長。但在有淀粉的情況下，緩慢的降解率高達28天，然后逐漸上升到1年后被發現它的重量的減少有所提高，如圖所示6。對于St-g-PEMA/SS，因為它是一個超級的多孔材料，并在它的網絡空間可以容納更多的水，這有助于微生物容易生長。 降解時間（天數） 在EMA=0.563時，土埋下的降解性蠟樣芽胞桿菌降解從實驗中，被證實STG-PEMA/ SS被證實它的降解速度比PEMA和蠟狀芽孢桿菌的淀粉更快，如圖7所示。這可以歸因于一個事實，即細菌的生長系統中含有比其它物質更多的，增加親水性性質的St-g-PEMA/SS。 降解時間（天數） 在EMA=0.563時，細菌（芽孢桿菌）的降解性結論新型改性淀粉復合系統的組成：（ST-G-PEMA）/ SA/SS具有較高的超吸水性的結構，SPAS