新型丙烯酸酯功能材料制备、结构和性能研究

论文摘要

在自然科学的各门学科中，高分子科学是一个兼具基础性、应用性的领域，起步虽晚，但发展极为迅速。高分子的合成、结构与性能研究、应用三方面保持互相配合和促进，使高分子科学得以迅速发展。各种高分子材料（如塑料、橡胶和纤维等）的合成和应用，为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术，以及人类衣食住行各方面，提供了多种性能优异而成本较低的重要材料，成为现代物质文明的重要标志之一，而高分子工业也因此成为世界各国国民经济的重要支柱。随着石油资源的日益枯竭，高分子材料向天然化、复合化和功能化方向发展。本论文着眼于高分子新型材料的需要，研制开发了耐盐型丙烯酸类吸水树脂、以羧甲基纤维素为保护胶体的丙烯酸酯乳液、纤维素丙烯酸酯复合微球和纤维素丙烯酸酯模塑料。 本论文第一部分丙烯酸类吸水树脂采用反相悬浮聚合法和水溶液法合成出了耐盐型丙烯酸类吸水树脂，对吸水树脂的吸水机理进行了描述，通过添加EDTA等一系列螯合添加剂来改善高吸水树脂的耐盐性，并研究了中和度、交联剂等一系列因素对吸水树脂性能的影响。反相悬浮聚合法以非离子-阴离子齐聚物作为表面活性剂及改性剂，反应体系稳定，乳化效果良好，反应过程简单，易控制。最佳工艺条件为：辛基酚聚氧乙烯醚磷酸酯（TX-10）和失水山梨醇脂单月桂酸酯（Span 20）投入量5％（以丙烯酸单体的质量计，下同），N,N′-亚甲基双丙烯酰胺投入量0.06％，中和度80％，过硫酸铵投入量0.53％，乙二胺四乙酸（EDTA）投入量2.5％，加入EDTA螯合物后树脂的吸水率和吸盐水率分别为670g.g-1和170g.g-1以上。水溶液法最佳配方为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺的投入量为0.012％，丙烯酰胺的投入量为3％，过硫酸铵投入量为0.25％，中和度为80％，EDTA为0.25％，所得树脂的吸盐水率和吸自来水率分别达到900g.g-1和190g.g-1以上；并进行了现场试验，结果表明，对沙漠植物梭梭而言，吸水树脂的最佳使用量为5g／株。 本论文第二部分以羧甲基纤维素为保护胶体的丙烯酸酯乳液采用羧甲基纤维素为添加剂代替传统乳化剂OP、SLS等，得到的丙烯酸酯乳液有很好的耐离子强度和耐有机溶剂性，力学性能有一定提高，而且可以得到固体含量为50％的稳定乳液。以羧甲基纤维素为保护胶体的丙烯酸酯乳液的微观结构分析结果表明，羧甲基纤维素与丙烯酸酯结合在一起，参与了聚合反应。羧甲基纤维素的加入可以提高单体的转化率，但高粘度和低粘度的羧甲基纤维素都不利于聚合反应。 本论文第三部分纤维素丙烯酸酯复合微球采用反相悬浮聚合法，在油水比为2.4:1、OP:SLS为4:1、MMA:BA:NMA为35:15:3、APS为0.5％（相对单体量）和搅拌速率为200～400r／min条件下，可以得到耐磨性较好的纤维素丙烯酸酯复合微球。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高吸水树脂
• 1.2 以羧甲基纤维素为保护胶体的丙烯酸酯乳液
• 1.3 纤维素丙烯酸酯复合微球
• 1.4 纤维素丙烯酸酯模塑料
• 1.5 本论文的主要研究内容、研究方法、技术路线和创新之处
• 第二章 高吸水树脂的合成、性能研究与应用
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 吸水树脂的制备
• 2.2.2.1 反相悬浮法制备高吸水树脂
• 2.2.2.2 水溶液法制备吸水树脂
• 2.2.3 性能测定
• 2.2.3.1 吸收率测定
• 2.2.3.2 吸液速率测定
• 2.2.3.3 透射电镜（TEM）分析
• 2.2.3.4 红外光谱分析
• 2.2.3.5 示差扫描量热法（DSC）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 吸水机理
• 2.3.2 反相悬浮法制备吸水树脂的研究
• 2.3.2.1 表面活性剂的选择及其变化对树脂吸水和吸盐水效果的影响
• 2.3.2.2 中和度对树脂吸水和吸盐水效果的影响
• 2.3.2.3 过硫酸铵、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺投入量的变化对树脂吸水和吸盐水率的影响
• 2.3.2.4 EDTA的投入量的变化对树脂吸水和吸盐水率的影响
• 2.3.2.5 吸液速率
• 2.3.2.6 其它反应条件对产品吸水率和吸盐率的影响
• 2.3.2.7 高吸水树脂的结构分析
• 2.3.3 水溶液法制备吸水树脂的研究
• 2.3.3.1 N，N'-亚甲基双丙烯酰胺量对吸水和吸盐率的影响
• 2.3.3.2 丙烯酸单体的中和度变化对树脂吸水和吸盐率的影响
• 2.3.3.3 丙烯酰胺的投入量对树脂吸水率和吸盐率的影响
• 2.3.3.4 引发剂投入量的变化对树脂吸水和吸盐效果的影响
• 2.3.3.5 螯合剂种类对树脂吸水和吸盐效果的影响
• 2.3.3.6 吸液速率
• 2.3.3.7 其它反应条件对产品吸水率和吸盐率的影响
• 2.3.3.8 高吸水树脂的结构分析
• 2.3.3.9 两种聚合方法得到的吸水树脂比较
• 2.3.3.10 高吸水树脂的现场试验结果
• 2.3.4 结论
• 第三章 以羧甲基纤维素为保护胶体的丙烯酸酯乳液
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 实验配方
• 3.2.2 实验工艺
• 3.2.3 表征的方法和仪器
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同羧甲基纤维素水溶液粘度和浓度的关系
• 3.3.2 反应动力学的对比
• 3.3.2.1 使用乳化剂、羧甲基纤维素和不使用乳化剂对乳液转化率和粒径的影响
• 3.3.2.2 不同浓度羧甲基纤维素对乳液转化率和粒径的影响
• 3.3.2.3 不同种羧甲基纤维素对乳液转化率和粒径的影响
• 3.3.2.4 不同单体比例对乳液转化率和粒径的影响
• 3.3.2.5 不同固体含量对乳液转化率和粒径的影响
• 3.3.2.6 几种乳液的TEM
• 3.3.3 乳液的性能
• 3.3.3.1 几种不同丙烯酸酯乳液的性能对比
• 3.3.3.2 应力应变力学性能
• 3.3.3.3 乳液稀释、耐离子稳定性
• 3.3.3.4 聚合物在水（甲苯）中的溶胀比和聚合物的交联度
• 3.3.3.5 红外光谱
• 3.4 结论
• 第四章 纤维素丙烯酸酯复合微球的制备及性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 实验工艺
• 4.2.3 表征方法和仪器
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 机理
• 4.3.2 油水比的影响
• 4.3.3 乳化剂的影响
• 4.3.4 单体种类和使用量的影响
• 4.3.5 引发剂的影响
• 4.3.6 搅拌速率的影响
• 4.3.7 微球性能表征
• 4.3.7.1 红外光谱
• 4.3.7.2 微球的耐磨性和耐溶胀性
• 4.3.7.3 微球的比表面积和孔径分布
• 4.3.7.4 微球的DSC
• 4.3.7.5 微球的结晶度和微球塑料
• 4.3.8 磁性微球
• 4.4 结论
• 第五章 纤维素丙烯酸酯模塑料
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 实验配方
• 5.2.3 实验工艺
• 5.2.4 表征的方法和仪器
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 模压条件的影响
• 5.3.1.1 模压温度的影响
• 5.3.1.2 模压时间的影响
• 5.3.1.3 成型压力的影响
• 5.3.2 不同脱模剂和纤维素粒径大小的影响
• 5.3.3 不同聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的影响
• 5.3.4 纤维素用量的影响
• 5.3.5 添加剂的影响
• 5.4 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 博士期间发表的论文、专利及参与课题
• 发明专利证书
• 附发表文章