表面改性型蛭石吸水保水材料研究

论文摘要

高吸水保水材料是一种吸水能力特别强,而且保水能力也非常好的特殊功能高分子材料。它是近30多年来开发的一种新型功能高分子材料,用途极为广泛,在农林、园艺、沙漠治理、医药卫生、建筑材料、日用化工、食品和环保等众多领域已成为不可或缺的材料,发挥着日益重要的作用,具有良好的市场前景。但是,传统高吸水保水材料乃至矿物/有机复合高吸水保水材料由于生产成本高、抗盐性能和保水性能差等原因,其应用范围得到了很大的限制,推广应用缓慢。本论文主要针对我国北方尤其是西北旱作农区降雨少且集中、土壤有机质含量低、保水性差的现状,以降低生产成本、简化生产工艺、提高抗盐性和保水性为出发点,采用膨胀蛭石为主要原料并对其进行表面改性的技术路线,研制了表面改性型蛭石吸水保水材料。实验表明,这样一方面大大的降低了生产成本,另一方面,材料的制备工艺简单、周期短、试验便于控制。论文研究了表面活性剂的种类及其用量对膨胀蛭石吸水性能的影响。研究表明:表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、甲基纤维素和六偏磷酸钠对膨胀蛭石吸水性能的影响较为明显,而聚乙二醇对保水性的影响较大。且十二烷基苯磺酸钠,甲基纤维素,六偏磷酸钠的最佳用量分别为15%,10%,60%,聚乙二醇与水的用量比值的最佳值为1:4。采用XRD分析、IR分析和激光粒度分析仪测试对表面改性型蛭石吸水保水材料进行了表征。结果表明,甲基纤维素在蛭石微粒表面的吸附较好,而单独的十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠在蛭石表面的吸附量并不是太大,加入聚乙二醇后,由于聚乙二醇的增溶作用,增大了甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠的吸附量,使产品的保水性能增强。结合高吸水保水材料的吸水理论,初步探讨了表面改性型蛭石吸水材料的吸水机理。我们认为:膨胀蛭石在改性的过程中,表面活性剂利用其静电斥力稳定作用和空间位阻稳定作用使其亲水基首先吸附在具有亲水性的蛭石表面,亲油基外漏在外端,形成单分子层;随着表面活性剂浓度的增加,其亲油基产生团聚,形成亲油基层,而多余的亲水基又外漏于亲油基层外端,使得蛭石微粒表现为亲水性,使其具有良好的吸水性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高吸水保水材料的国内外发展状况
• 1.2.1 传统高吸水保水材料国内外发展概况
• 1.2.2 矿物/高分子高吸水保水复合材料的研究现状
• 1.3 高吸水保水材料的种类
• 1.4 高吸水保水材料的应用
• 1.4.1 在农林园艺及沙漠治理方面的应用
• 1.4.2 在医疗卫生方面的应用
• 1.4.3 在工业上的应用
• 1.4.4 在建筑及其它方面的应用
• 1.5 本研究的研究背景、主要内容、意义及创新点
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究的主要内容
• 1.5.3 研究意义
• 1.5.4 论文的创新点
• 第二章 蛭石矿物的基本性质及应用
• 2.1 引言
• 2.2 蛭石的资源状况
• 2.2.1 新疆尉犁且干布拉克蛭石矿床
• 2.2.2 内蒙古文圪气蛭石矿床
• 2.2.3 河南灵宝蛭石矿床
• 2.2.4 山西夏县蛭石矿床
• 2.3 蛭石的矿物学特征
• 2.3.1 化学成分
• 2.3.2 晶体结构
• 2.3.3 蛭石的物理性能
• 2.4 蛭石的改性
• 2.4.1 酸处理
• 2.4.2 热处理
• 2.4.3 有机化处理
• 2.4.4 钙镁改性处理
• 2.4.5 柱化（交联）处理
• 2.5 蛭石的应用
• 2.5.1 蛭石在建筑业的应用
• 2.5.2 蛭石在农业上的应用
• 2.5.3 蛭石在园艺中的应用
• 2.5.4 蛭石在畜牧业中的应用
• 2.5.5 蛭石在环保中的应用
• 2.5.6 蛭石在其它行业的应用
• 第三章 表面活性剂
• 3.1 引言
• 3.2 表面活性剂国内外发展状况
• 3.2.1 世界表面活性剂工业的发展状况
• 3.2.2 我国表面活性剂工业的现状
• 3.3 表面活性剂的种类
• 3.4 表面活性剂的结构特点
• 3.5 表面活性剂的功能及其应用
• 第四章 表面改性型蛭石吸水保水材料的制备工艺
• 4.1 表面改性型蛭石吸水保水材料的制备
• 4.1.1 主要原料
• 4.1.2 主要仪器设备
• 4.1.3 复合材料的制备流程
• 4.1.4 实验设计
• 4.2 表面改性型蛭石吸水保水材料制备的实验步骤
• 4.2.1 蛭石矿物的预处理
• 4.2.2 表面改性型蛭石吸水保水材料的制备
• 4.3 高吸水保水材料的吸水性能指标及其测试方法
• 4.4 表面改性型蛭石吸水保水材料的结构表征
• 4.4.1 X 衍射（XRD）分析
• 4.4.2 傅立叶红外光谱（IR）分析
• 4.4.3 激光粒度仪测试
• 第五章 蛭石吸水保水材料性能及影响因素研究
• 5.1 各主要因素对改性蛭石吸水保水材料吸水性能的影响
• 5.1.1 探索实验确定主要影响因素
• 5.1.2 产品悬浮液的实物图
• 5.1.3 甲基纤维素对蛭石吸附性能的影响
• 5.1.4 十二烷基苯磺酸钠对蛭石吸附性能的影响
• 5.1.5 聚乙二醇对蛭石吸附性能的影响
• 5.1.6 当聚乙二醇和水的比例一定时甲基纤维素对蛭石吸附性能的影响
• 5.1.7 六偏磷酸钠对蛭石吸附性能的影响
• 5.2 本章小节
• 第六章 材料吸保水机理探讨
• 6.1 传统高吸水保水材料的结构及吸水机理
• 6.2 表面改性型蛭石吸水保水材料结构表征与分析
• 6.2.1 XRD 结果与分析
• 6.2.2 IR 结果与分析
• 6.2.3 激光粒度测试
• 6.3 表面改性型蛭石吸水保水材料的吸水机理
• 6.3.1 润湿过程
• 6.3.2 稳定的分散过程
• 6.4 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢