丙烯酸系高吸水性树脂微球多孔结构的形成/控制及成孔机理研究

论文摘要

高吸水性树脂（SAR）是一类具有高吸水保水性能的高分子材料,已在医用卫生、农林园艺等众多领域扮演重要角色。理想的SAR应具备高吸水能力、高吸水速率、良好的机械强度;多孔性SAR在吸水能力和吸水速率上具有很大优势,已受到广泛关注。国内对多孔性SAR的研究较少,且主要集中于制备方法上,特别集中于水溶液均相聚合上,对多孔性的形成机理没有具体描述,对孔结构的准确控制还有待深入研究。据此,本论文采用反相悬浮聚合法（ISP）制备丙烯酸系多孔性SAR微球,探索微球多孔结构与性能关系,尝试研究微球多孔结构的形成和控制及其成孔机理。（1）以过硫酸铵（APS）为引发剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂,以甲醇为后处理剂,采用ISP制备出AA-AANa-AM共聚物多孔性SAR微球,并用FT-IR、SEM、EDS进行结构组成分析。分析结果表明,成功制备出多孔性SAR微球,当AM与AA比值为1/2、APS与NMBA用量同时达到单体（AA+AM）量的0.46wt%时,SAR微球的成孔情况最佳;SAR微球的多孔结构均为连通、开孔的结构。研究认为,多孔结构的形成需要:①微球内部结构上的差异,差异越大越有利于孔洞的形成;②外界的诱导作用,利用甲醇等沉淀剂诱发部分溶胀SAR微球体系相转变,致使丙烯酸系SAR微球内部区域非均化,诱导作用越强越有利于多孔结构的形成;③微球结构刚性的强弱:在一定范围内,交联密度越小,微球网络刚性越大,越有利于多孔结构的形成。（2）以PEG为成孔剂,制备丙烯酸系多孔性SAR微球。PEG600作为成孔剂能促进微球多孔结构的形成,当PEG600用量为单体（AA+AM）量的13.33wt%时,SAR微球的成孔情况最佳,为似蜂窝状结构;PEG6000作为成孔剂不利于微球多孔结构的形成。研究认为,成孔剂法制备多孔结构需要:①合适的成孔剂,成孔剂越容易脱除,成孔越好;②合适的脱除剂,SAR微球中成孔剂脱除越完全,成孔越好;③合适的网络稳定剂,成孔剂脱除后所留下的孔洞被固定的越好,成孔越好。甲醇具有稳定丙烯酸系SAR微球网络以及脱除成孔剂的作用,甲醇的使用有利于多孔结构的形成与稳定;同时网络交联度的提高,刚性增大,也有利于网络结构的稳定。本论文所制备的多孔性SAR微球毛细管效应显著、微球浸润速率快,吸收100g/g去离子水所需时间在9s以内,比非孔性SAR微球的吸水速率提高近一个数量级;同时多孔性SAR微球“疏松”程度提高,网络结构得到更好的“梳理”,网络更易舒展,提高了微球内可容纳自由溶液的体积,具有更高的吸液倍率。孔数越多,吸液性能提高的越大。SAR微球经Al3+、Ba2+或Ca2+表面交联后,SAR微球多孔结构不受破坏:表面小孔多且分散、内部大孔多且密集;但SAR微球耐热性能得到较大提高,特别是热分解温度提高100℃以上。

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第一章绪论

1.1 国内外SAR研究进展

1.2 SAR的分类

1.2.1 淀粉系SAR

1.2.2 纤维素系SAR

1.2.3 合成系SAR

1.2.4 其它天然及其衍生物系SAR

1.3 SAR的合成方法

1.3.1 水溶液聚合法

1.3.2 反相悬浮聚合法

1.3.3 辐射聚合法

1.4 多孔性SAR研究

1.5 本论文研究目的及主要内容

参考文献

第二章实验材料、仪器及方法

2.1 试剂及预处理

2.1.1 主要试剂

2.1.2 剂预处理

2.2 主要实验仪器

2.3 实验方法

2.3.1 AA-AANa-AM共聚物SAR微球的制备

2.3.2 多价金属离子表面交联SAR微球的制备

2.3.3 PEG改性SAR微球的制备

2.4 聚合物的结构及形貌分析

2.4.1 傅立叶转换红外光谱法（FT-IR）

2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）及能量散射谱（EDS）

2.5 性能测试

2.5.1 热重分析（TGA）及差热分析（DTA）

2.5.2 吸液性能测试

参考文献

第三章 AA-AANa-AM共聚物多孔性SAR微球的研究

3.1 FT-IR分析

3.2 形貌分析

3.3 不同AA/AM比SAR微球的研究

3.3.1 形貌分析

3.3.2 吸液性能分析

本节小结

3.4 不同交联密度SAR微球的研究

3.4.1 形貌分析

3.4.2 吸液性能分析

3.5 不同链端数SAR微球的研究

3.5.1 形貌分析

3.5.2 吸液性能分析

本节小结

3.6 SAR微球成孔机理探索

参考文献

第四章多价金属离子表面交联多孔性SAR微球的热性能研究

2+表面交联多孔性SAR微球的研究'>4.1 Ca²⁺表面交联多孔性SAR微球的研究

4.1.1 形貌分析

4.1.2 吸液倍率分析

4.1.3 热性能分析

2+表面交联多孔性SAR微球的研究'>4.2 Ba²⁺表面交联多孔性SAR微球的研究

4.2.1 形貌分析

4.2.2 吸液倍率分析

4.2.3 热性能分析

3+表面交联多孔性SAR微球的研究'>4.3 Al³⁺表面交联多孔性SAR微球的研究

4.3.1 形貌分析

4.3.2 吸液倍率分析

4.3.3 热性能分析

2+、Ba²⁺、Al³⁺表面交联SAR微球的热性能比较'>4.4 Ca²⁺、Ba²⁺、Al³⁺表面交联SAR微球的热性能比较

本章小节

参考文献

第五章 PEG成孔制备多孔性SAR微球的研究

5.1 PEG600与PEG6000为成孔剂制备多孔性SAR微球

5.1.1 FT-IR分析

5.1.2 形貌分析

5.1.3 成孔机理探索

5.1.4 吸液性能分析

5.2 甲醇发泡与PEG600成孔联用制备多孔性SAR微球的研究

5.2.1 形貌分析

5.2.2 吸水速率分析

本章小结

参考文献

第六章结论

6.1 多孔性SAR微球的制备

6.2 多孔性SAR微球吸液性能分析

6.3 多孔性SAR微球成孔机理探索

6.4 多孔性SAR微球耐热性能分析

附录（一）硕士期间参与研究课题

附录（二）硕士期间发表的论文

致谢

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