Изследване на присадена кополимеризация на бутилакрилат върху нишесте, използвайки система
Изследване на присадена кополимеризация на бутилакрилат върху нишесте, използвайки редокс-инициаторна система
Изследване на присадена кополимеризация на бутилакрилат върху нишесте, използвайки редокс инициаторна система
Алфредо Карлос Мартинес-Арелано; Хосе Луис Ривера-Армента *; Ана Мария Мендоса-Мартинес; Нанси Патриша Диас-Завала; Хосе Гилермо Сандовал Роблес; Ернестина Елизабет Банда-Круз
Отдел за следдипломни изследвания и изследвания, Технологичен институт на Ciudad Madero, Juventino Rosas и Jesús Urueta s/n полк. Los Mangos, Cd. Madero, Tams., Мексико, C.P. 89440
Сместа от синтетични и естествени материали дава материал с подобрени физико-химични свойства. Един от начините за получаване на този вид материал е чрез присадена кополимеризация. Някои естествени материали са използвани за присаждане на съполимеризация със синтетични мономери. В тази работа се извършва присадена кополимеризация на бутилакрилат (BA) върху нишесте, използвайки редокс-инициаторна система. Добивът на присадката се оценява за различни условия на реакция. Присадният кополимер се характеризира с инфрачервена спектроскопия, термичен анализ и сканираща електронна микроскопия (SEM).
Ключови думи: присадена кополимеризация; редокс; бутилакрилат.
ВЪВЕДЕНИЕ
Интересът към получаване на подсилени материали нарасна поради непрекъснато нарастващото замърсяване на околната среда. Един от начините за решаване на този проблем е използването на материали от възобновяеми източници като целулоза, хитозан, естествени влакна, коприна и нишесте, за производство на материали, които имат добри механични и химични свойства в комбинация със синтетични материали.
Присадената кополимеризация е често срещан метод за модифициране на свойствата на полимера, както и на естествения полимер, когато се използват винилови или акрилни мономери, което се постига чрез реакция, която подобрява физическите или химичните свойства според естеството на мономера. Методите за кополимеризация на свободни радикали са най-широко използвани. По тази причина са проучени различни системи, тъй като те са относително прости. По-рано са докладвани други методи за синтезиране на присадени съполимери с добре дефинирани структури. 1
Нишестето е естествен полимер, който се получава от растения като царевица, ориз, пшеница, както и картофи и тапиока. 2 Скорбялата е евтина, произведена от възобновяеми източници, биоразградима и изобилно достъпна.
Химическата модификация на нишестето чрез окисляване, хидролиза, етерификация, естерификация, присаждане и декстринизация е широко проучена в миналото. 3,4 Такива модификации са ефективно средство за продължаване и увеличаване на употребата на нишесте, за да осигурят удебеляващи, желиращи, адхезивни и филмообразуващи свойства. От гореспоменатите модификации присадената кополимеризация представлява интерес и предизвикателство от гледна точка на подобряване на свойствата на субстрата. Освен това присадените нишестени съполимери стават важни поради потенциалното им приложение в селското стопанство, медицинския и хранителния сектор. 5 Присадени кополимери на нишесте могат да бъдат получени чрез генериране на свободни радикали в нишестената скелет и позволяване на тези макрорадикали да реагират с мономера. Използвани са редица интересни методи за приготвяне на присадени кополимери на нишесте и те могат да бъдат класифицирани в три групи: (i) иницииране чрез химични методи (с използване на амонячен цериев нитрат или редокс системи от железен йон-пероксид), (ii) иницииране чрез радиация ( като се използва кобалт 60) и (iii) иницииране чрез дъвчене. 6
Най-често срещаната система за иницииране за присадена кополимеризация на нишесте е редокс системата. По-рано са използвани различни окислително-редукционни системи: цериев нитрат, 7,8 калиев дихромат, 9 бромиран калиев тиокарбонат, 10 и калиев персулфат. 11 Тези различни системи използват мономери като акрилова киселина, акриламид, стирен, акрилонитрил, метилметакрилат и етилакрилат.
Някои акрилни и винилови мономери са присадени върху нишесте, което е един от най-изследваните природни материали при присаждане на кополимеризация, но има малко съобщения за присадени съполимери с бутилакрилат. 8,12,13 Проведени са някои проучвания за оценка на приложенията на нишестено-стиреновите присадени съполимери, метилметакрилат и бутилакрилат, като се използва редокс системата на железен пероксиден йон. 12 В настоящата работа, присадената кополимеризация на бутилакрилат върху нишестето, променяща концентрациите на мономера и инициатора и реакционната температура на три нива, както и ефекта на тези променливи върху процента на присаждане.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ
Използвани са следните реактиви и материали: картофено нишесте с марка Aldrich, н-бутилакрилат с марка Aldrich 99%, амонячен цериев нитрат с марка J.T. Baker (CAN), J.T. Baker, марка Fermont ACS клас етанол и бутанол, и всички бяха използвани без предварително пречистване.
Присадена съполимеризация
Инициаторът се приготвя при стайна температура чрез разтваряне на CAN в 1 N разтвор на HNO3. Изследвани са три различни концентрации на CAN: 0,1, 0,15 и 0,2 mol/L. Концентрацията на мономера също е изследвана на 3 нива: 0,05, 0,1 и 0,15 mol/L BA, а 70 и 80 ºC са изследваните температури, за да се оцени процентът на присаждане. Таблица I представя експерименталния дизайн, използван в настоящата работа.
Сухото нишесте (5 g) се диспергира в 200 ml дестилирана вода и разтворът се поставя в стъклен реактор с три гърла. Поддържа се при постоянна температура в азотна атмосфера, за да поддържа средата инертна, поддържайки постоянно магнитно разбъркване. Добавя се необходимото количество CAN, оставя се да се разбърква в продължение на 10 минути и впоследствие се добавя BA, провеждайки реакцията за време от 3 часа. В края на реакционното време реакционният продукт се утаява с етанол и се промива няколко пъти с разтвор етанол-вода 1: 1. Впоследствие образуваният хомополимер се отстранява чрез екстракция на Soxhlet с бутанол за 24 часа, като всяка реакция се провежда в два екземпляра.
Впоследствие продуктът се суши в продължение на 24 часа и процентът на присаждане се определя по следната формула: 9
където: w2 присадено нишесте и w1 първоначално тегло на нишестето
Характеризиране
За да се установят доказателствата за присаждане, беше извършена характеристика на получените съполимери. Първо беше извършен анализ чрез инфрачервена спектроскопия (IR), използвайки инфрачервен спектрофотометър на Perkin Elmer Spectrum One, използващ ATR аксесоар с цинков селениден връх, с обхват от 4000 до 600 cm -1, 12 сканирания. от 4 см -1. Също така беше извършен термогравиметричен анализ (TGA), за да се оцени термичната стабилност на немодифицираното и присадено нишесте. За тази цел е използвано оборудване на TA Instruments модел STD 2960, анализиращо пробата от стайна температура до 600 ° C с нагревателна рампа от 5 ° C/min, в азотна атмосфера при дебит 10 mL/min. Сканиращата електронна микроскопия (SEM) беше извършена на оборудване Jeol модел JSM-6060, използвайки ускорително напрежение 20 kV във вакуум.