新型复合高吸水树脂的制备与性能评价

论文摘要

高分子吸水性树脂是一种不溶于水但在水中能高度溶胀的三维网状聚合物,自从问世以来,从产品种类、产品性能到产品应用都得到了很大的发展。传统合成类高吸水树脂应用十分广泛,但其生产成本高、难以生物降解和某些性能（如耐盐性、耐温性等）的不足给使用者和环境带来巨大负担,因此,开发价格较低、可生物降解、性能优良的高吸水树脂,扩大其应用领域,减少对环境的污染,是当前国内外的重要研究课题之一。论文参考了大量国内外有关高吸水树脂的文献资料,对该领域的发展过程、研究现状、基本理论、发展趋势作了较为全面的综述。论文分别以淀粉（ST）、MFR（一种从植物中提取的天然高分子材料）、丙烯酸（AA）、膨润土（MMT）为原料,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合的方法,分别制备出ST-AA-MMT和MFR-AA-MMT两种有机-无机复合型高吸水树脂。通过单因素实验,研究了淀粉糊化温度和时间、共聚反应温度和时间、单体配比、加料顺序、引发体系、引发剂的用量、引发剂加入方式、丙烯酸中和度、丙烯酸中和方式、交联剂用量、溶液pH值等各种制备条件对ST-AA-MMT和MFR-AA-MMT性能的影响规律,分析讨论了聚合反应机理和产生这些影响规律的原因。然后通过正交试验,优选了制备ST-AA-MMT和MFR-AA-MMT的最佳实验条件,制备的产物有较好的吸水性能,二者的纯水吸水倍率分别为407g·g-1和1194 g·g-1、0.9%的NaCl溶液中的吸水倍率分别为56.0 g·g-1和107.4 g·g-1,且MFR-AA-MMT的生物降解性能良好,采用土壤掩埋法测得其30天降解率高达52.5%。论文对所制备的ST-AA-MMT和MFR-AA-MMT高吸水树脂的结构进行了红外光谱表征和分析。为了更好地反映出所制备的两种有机-无机复合型高吸水树脂与传统合成类AA-AM（丙烯酰胺）高吸水树脂的优缺点,论文通过实验和对大量实验数据的数学拟合,对ST-AA-MMT、MFR-AA-MMT和AA-AM三种高吸水树脂的吸水倍率、吸水速率、耐盐性、保水性、反复吸水能力、生物降解性等进行了比较和评价,得到三种高吸水树脂的吸水速率排序、溶胀速率排序、耐盐性能排序、在三种钠盐（NaBr、NaCl、NaF）溶液中的平衡吸水倍率的排序、pH值变化的耐受性能排序、恒温保水性能排序、反复吸水能力排序、生物降解性能排序等,为这些高吸水树脂的实际应用,以及对它们进一步的深入研究提供了可供参考的基础数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高吸水树脂的分类
• 1.2.1 按原料来源分类
• 1.2.2 按亲水基团的种类分类
• 1.2.3 按交联方法分类
• 1.3 吸水机理
• 1.3.1 吸水机理的定性解释
• 1.3.2 Flory的弹性凝胶理论
• 1.4 提高高吸水树脂耐盐性能的方法
• 1.4.1 亲水基团多样化
• 1.4.2 选用合适的交联剂
• 1.4.3 引入耐盐性离子基团
• 1.4.4 与无机矿物质复合
• 1.5 提高生物降解性能的方法
• 1.6 高吸水树脂的合成方法
• 1.6.1 本体聚合法
• 1.6.2 反相乳液聚合法
• 1.6.3 水溶液聚合法
• 第2章 本论文的研究概况
• 2.1 选题意义
• 2.2 研究思路
• 2.3 研究内容
• 2.4 本论文的创新点
• 第3章 ST-AA-MMT复合高吸水树脂的制备
• 3.1 实验仪器与试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 实验原理
• 3.2.1 淀粉
• 3.2.2 膨润土
• 3.2.3 淀粉接枝丙烯酸的反应原理
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 工艺流程图
• 3.3.2 合成过程
• 3.3.3 接枝共聚物的分离提纯
• 3.3.4 产物接枝参数的测定方法
• 3.3.5 吸水倍率的测定
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 淀粉糊化温度的影响
• 3.4.2 糊化时间的影响
• 3.4.3 反应温度的影响
• 3.4.4 反应时间的影响
• 3.4.5 膨润土用量的影响
• 3.4.6 膨润土加料顺序的影响
• 3.4.7 单体配比的影响
• 3.4.8 丙烯酸中和度影响
• 3.4.9 交联剂用量的影响
• 3.4.10 丙烯酸的中和方式对产品性能的影响
• 3.4.11 引发体系的优选
• 3.5 正交实验
• 3.5.1 正交实验设计
• 3.5.2 正交实验结果
• 3.6 ST-AA-MMT复合高吸水性树脂的红外表征
• 3.7 本章小结
• 第4章 HML复合高吸水树脂的制备
• 4.1 实验仪器与试剂
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.2 实验原理
• 4.2.1 MFR的性质
• 4.2.2 MFR的改性反应机理
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 工艺流程图
• 4.3.2 合成过程
• 4.3.3 钙基膨润土的提纯与钠化
• 4.3.4 接枝共聚物的分离提纯
• 4.3.5 产物接枝参数的测定方法
• 4.3.6 吸水倍率的测定
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 反应温度对吸水倍率的影响
• 4.4.2 阶梯式升温聚合方式对吸水倍率的影响
• 4.4.3 反应体系的pH值对吸水倍率的影响
• 4.4.4 丙烯酸与MFR的配比对吸水倍率的影响
• 4.4.5 膨润土与丙烯酸的配比对吸水倍率的影响
• 4.4.6 引发剂用量对吸水倍率的影响
• 4.4.7 交联剂用量对吸水倍率的影响
• 4.4.8 丙烯酸中和度对吸水倍率的影响
• 4.5 正交实验
• 4.5.1 正交实验设计
• 4.5.2 正交实验结果
• 4.6 MFR-AA-MMT复合高吸水性树脂的红外表征
• 4.7 本章小结
• 第5章 三种不同高分子吸水树脂的性能评价
• 5.1 实验仪器与试剂
• 5.1.1 实验仪器
• 5.1.2 实验试剂
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 吸水速率测定
• 5.2.2 应答性能测试
• 5.2.3 保水性能测试
• 5.2.4 反复吸水能力测试
• 5.2.5 降解性能分析
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 吸水速率测定
• 5.3.2 树脂的溶胀速率测定
• 5.3.3 耐盐性能测试
• +盐溶液对树脂吸情况的影响'>5.3.4 不同阴离子的Na⁺盐溶液对树脂吸情况的影响
• -盐溶液对树脂吸情况的影响'>5.3.5 不同阳离子的Cl^-盐溶液对树脂吸情况的影响
• 5.3.6 外界溶液pH值对高吸水树脂吸水倍率的影响
• 5.3.7 恒温保水性能
• 5.3.8 反复吸水能力
• 5.3.9 降解性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果