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精细化工 2024年

作者：杨盼盼杨建军吴庆云吴明元张建安刘久逸安徽大学化学化工学院安徽省水基高分子材料高性能化工程实验室

水凝胶是由亲水性聚合物链交联形成的具有三维网络结构的高分子材料，具有强大的吸水保水性能。淀粉是一种环境友好型的天然多糖。淀粉基水凝胶具有生物相容性好、生物降解性强及对溶剂吸收能力优异等特性，已引起广泛关注。首先，简述... 详细信息

水凝胶是由亲水性聚合物链交联形成的具有三维网络结构的高分子材料，具有强大的吸水保水性能。淀粉是一种环境友好型的天然多糖。淀粉基水凝胶具有生物相容性好、生物降解性强及对溶剂吸收能力优异等特性，已引起广泛关注。首先，简述了常用的淀粉改性方法；然后，从化学交联淀粉基水凝胶、物理交联淀粉基水凝胶、双交联淀粉基水凝胶三方面综述了淀粉基水凝胶的制备；接着，介绍了淀粉基水凝胶在生物传感器、医用辅料、药物输送载体、组织工程支架、土壤保护等方面的应用进展；最后，针对目前淀粉基水凝胶存在的问题，提出了其未来发展方向。

关键词：淀粉改性淀粉基水凝胶生物可降解生物传感器医用敷料药物运输载体组织工程支架

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淀粉基水凝胶的结构性能与尿素缓释的关系研究与构建

淀粉基水凝胶的结构性能与尿素缓释的关系研究与构建

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作者：魏晓奇华南理工大学

学位级别：硕士

水凝胶是一种线性、分支化的亲水性聚合物经物理或化学交联后形成的具有较高吸水性能的三维网络体系。在农业领域,水凝胶可被用作土壤水分调节剂和植物养分载体来促进农作物的生长。另一方面,传统缓释化肥的有机、无机包膜材料等存在价... 详细信息

水凝胶是一种线性、分支化的亲水性聚合物经物理或化学交联后形成的具有较高吸水性能的三维网络体系。在农业领域,水凝胶可被用作土壤水分调节剂和植物养分载体来促进农作物的生长。另一方面,传统缓释化肥的有机、无机包膜材料等存在价格昂贵、污染环境等问题,严重地限制其在农林领域的大规模应用。将天然可再生的淀粉通过新型绿色的反应型挤出技术制备的超吸水凝胶作为缓释化肥的包衣材料,对大幅度降低生产成本和环境保护都具有重要的现实意义。在生产以及在实际使用淀粉基水凝胶的过程中,水凝胶成品的韧性与强度与缓释过程有着密切关系,会影响着在农业使用的效果,直接关系到缓控释肥的作用时间长度。因此,对于淀粉接枝共聚合表现出来的模量（流变动力学）的研究对调控和模型化反应型挤出载有尿素的制粉基水凝胶以及实际使用过程发挥着非常重要的作用。在这项研究工作中,创新使用Haake密炼机制备了具有高尿素含量的高浓度反应混凝胶,然后将其加载到热压硫化机中,热模拟淀粉接枝共聚反应,从而实现了淀粉包埋尿素的原位合成水凝胶的固化过程。通过成型片状样品的模制可以方便使用流变仪测量凝胶强度。采用红外光谱、热重分析及扫描电镜等手段对样品的化学组成及形貌进行了表征,并通过吸水试验、流变测试分别考察了样品的吸水性能和凝胶强度。这种创新方法能够使凝胶强度与营养物缓释动力学相关联。相关研究结论如下:1、通过创新密炼机-硫化机反应体系,成功制备淀粉基吸水树脂缓释尿素片状样品,且呈现较好缓释性能。片状凝胶样品为测试其流变和物理性能提供给了可靠的样品。片状凝胶呈现出良好的流变行为以及具有较高的模量。较长时间的溶胀也可保持高模量,这样的模量行为有助于农业实际运用。研究表明尿素缓释行为分为三个阶段:初始阶段、持续释放阶段及平衡阶段。后两个阶段养分释放主要由样品的凝胶强度决定。2、不同尿素含量制备的淀粉基水凝胶样品呈现出不同的流变行为。在尿素含量60%以下,模量与缓释表现出线性关系。随着尿素含量的增加,模量降低,是由于交联度的下降。然而尿素含量到达60%后,尿素的存在影响着交联接枝,进而使样品呈现出较高的模量,这是由于尿素颗粒结晶的存在。3、随着单体交联剂含量的增加,样品的凝胶强度增大,尿素缓释表现出下降趋势,表现出线性规律。随着释放时间的延长,样品凝胶强度逐渐减弱,呈现力学松弛。

关键词：淀粉基水凝胶密炼机反应体系缓释肥

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γ射线辐射合成淀粉基水凝胶及其在缓释尿素上的应用

γ射线辐射合成淀粉基水凝胶及其在缓释尿素上的应用

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作者：陈凤仪华南理工大学

学位级别：硕士

缓释尿素可以极大的减少尿素的使用量并提高尿素的使用效果,有利于保护环境和提高农业产出。然而,目前市场上流通的缓释尿素产品通常是通过浸渍法和涂层法来制备的。这两种方法都存在一定的局限性,如缓释基材浪费严重;肥料整体的分散均... 详细信息

缓释尿素可以极大的减少尿素的使用量并提高尿素的使用效果,有利于保护环境和提高农业产出。然而,目前市场上流通的缓释尿素产品通常是通过浸渍法和涂层法来制备的。这两种方法都存在一定的局限性,如缓释基材浪费严重;肥料整体的分散均匀性差,利用率低;生产过程不连续,生产成本高。需要选用更合适的缓释基材和开发简易高效的制备工艺来打破此限制。辐射合成法作为一种新兴的聚合物加工方法,在制备水凝胶领域具有得天独厚的优势。它是利用高能的射线引发反应,整个反应过程简单易控,环境友好,对基材损害小且得到的产物纯净。淀粉是一种可降解的天然高分子材料,在农业生产中,将淀粉基水凝胶作为尿素的缓释基材不仅可以有效控制尿素的释放速度,而且凝胶本身可以作为保水剂,保持土壤的水分,提高农业生产的可持续性和环保性。此外,淀粉基水凝胶还具有价格低廉、易于制备、对环境无害等优点,因此在尿素缓释基材领域具有广阔的应用前景。结合辐射合成法设计构建原位制备淀粉基缓释尿素是一种开创性的方法,具有很高的应用价值和学术研究意义。本研究开发了一种新型的缓释尿素的制备方法,即通过γ射线辐射淀粉接枝聚丙烯酰胺原位合成负载尿素的淀粉基水凝胶,实现尿素的均匀分散,简化生产流程,降低生产成本。本课题具体的研究内容和研究结果如下:（1）探讨研究γ射线辐射制备淀粉基水凝胶的反应机理,建立起辐射强度,水分含量以及单体/淀粉比例与淀粉基水凝胶结构和性能的关系,设计适用于尿素负载的淀粉基水凝胶缓释基材。通过改变辐射强度、水分含量和AM/淀粉比例探究了各因素对于γ射线辐射合成淀粉基水凝胶接枝率以及凝胶性能的影响。辐射强度和水分含量的增加,提高了淀粉接枝聚合物的接枝率和单体转化率,但AM/淀粉比例存在一个最佳作用点（AM/淀粉=2:1）,这是因为高含量AM环境下,单体自聚合加剧。淀粉基水凝胶强度随辐射强度、AM含量和浓度的增加而增加。研究发现辐射强度12 k Gy,淀粉:HO=1:10,淀粉:AM=2:1时可以获得高接枝率,致密均匀的网络结构以及高粘弹性的淀粉基水凝胶,是合适的缓释基材。（2）通过原位辐射合成法一步制备淀粉基缓释尿素,优化辐射合成的工艺参数,建立适合尿素负载的缓释体系,并研究各因素对该体系的影响,揭示淀粉基水凝胶微观结构以及宏观性能与尿素缓释速率之间的关系。通过微观结构的表征研究了大量尿素对缓释体系的影响,探索分子间/内相互作用对辐射合成的淀粉基水凝胶结构的影响以及结构与尿素缓释性能之间的关系。结果表明增加接枝率和凝胶强度可以提高活性基团的电荷作用和弱键作用,实现尿素更为长效的释放。（3）不同尿素负载量的淀粉基缓释尿素的原位辐射合成和缓释机理研究。尿素的负载量与其释放速率呈现正相关。在水体中的释放时间长达42 h（纯尿素2h）,在土壤中的释放期为40天（纯尿素1天）,符合欧洲标准化委员会（CEN）制订的缓释肥料标准。拟合缓释动力学模型,分析释放实验数据,得到尿素释放规律符合扩散-溶胀（松弛）结合控制机制。尿素释放前段（24 h前）,Fickian扩散是限制释放的主导原因。释放后段（24 h后）,溶胀贡献是限制释放的主导原因。

关键词：淀粉基水凝胶 γ射线辐射技术缓释尿素

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