聚合物固载引发剂的合成及其应用研究

论文摘要

本论文以淀粉和甘蔗渣等丰富的天然高分子及丙烯酸为原料，通过交联反应制备了聚丙烯酸交联体、聚丙烯酸/淀粉交联体、聚内烯酸/甘蔗渣交联体、聚丙烯酸/酸酐化甘蔗渣交联体，以此为基体引入了具有引发聚合活性的过酸基团，制成聚合物交联体固载引发剂，通过正交实验确定了固载过酸化反应的最佳工艺条件：在聚丙烯酸交联体质量为1.0000g时，催化剂用量为6ml，35％的H2O2用量为25ml，反应时间为3h，交联剂用量为10％，研究了催化剂用量对其固载过酸含量的影响，发现适当增加催化剂的用量，固载过酸含量呈增大的趋势。本论文重点研究了聚合物交联体固载过酸引发剂与还原剂A组成的氧化还原体系引发丙烯酸和丙烯酰胺的接枝聚合反应，研究了反应温度、时间、单体浓度、固载过酸含量等因素对接枝聚合反应的影响。确定了最佳的接枝聚合反应条件为：反应温度为60℃，反应时间为3h，单体与固载过酸的摩尔比为38：1，固载过酸与还原剂A摩尔比为4：1，丙烯酸和丙烯酰胺接枝产物的最大接枝率分别可达515.4％和527.2％，相应的接枝效率分别可达98.6％和84.2％。适当增加固载过酸含量，接枝率及单体转化率均明显增大。对聚丙烯酸交联体固载过酸引发丙烯酰胺的接枝聚合反应机理进行了探讨，得出接枝反应初期的动力学方程为：R8=K[M][RCOOOH]1/2，接枝聚合反应表观活化能E=8.96KJ/mol，接枝聚合反应速率常数K=7.0670×10-3L/mol·S（单体浓度恒定）及K=6.1860×10-3L/mol·s（固载过酸浓度恒定）。对部分接枝产物在不同温度、盐及pH值的水溶液中的溶胀性能进行了研究，丙烯酸和丙烯酰胺接枝产物的溶胀比随着枝枝率的增大而增大，但对温度变化的响应性不显著，混合单体的接枝产物对温度有一定的敏感性，随着温度的升高，溶胀比呈下降的趋势。接枝产物均随盐及pH值的循环变化而表现出溶胀—收缩—溶胀的规律性变化，各接枝产物溶胀比对水溶液中的盐及pH值变化有响应性，丙烯酸接枝产物的溶胀比对盐及pH值的响应性较好。接枝产物对重金属离子有较好的吸附性，对Cu2+和Pb2+的脱除率在30min分别可达到100％和86.5％，丙烯酸及混合单体的接枝产物对铜离子的脱除效果优于铅离子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 功能聚合物的主要性能
• 1.2 聚合物固载试剂的优点
• 1.3 聚合物固载试剂的合成方法
• 1.3.1 物理吸附法
• 1.3.2 化学键合法
• 1.3.3 瓶中造船法
• 1.4 聚合物固载试剂的分类
• 1.4.1 聚合物固载催化剂
• 1.4.2 聚合物固载氧化剂
• 1.4.3 聚合物固载还原剂
• 1.5 本论文研究的目的、意义及内容
• 第二章 聚合物固载引发剂的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 实验路线
• 2.2.3.2 聚丙烯酸交联体的合成
• 2.2.3.3 聚丙烯酸/淀粉交联体的合成
• 2.2.3.4 聚丙烯酸/甘蔗渣交联体的合成
• 2.2.3.5 聚合物交联体的纯化
• 2.2.3.6 纯化聚合物交联体的酸化
• 2.2.3.7 聚合物交联体羧基含量的测定
• 2.2.3.8 聚合物交联体固载过酸化反应
• 2.2.3.9 聚合物交联体固载过酸含量的测定
• 2.2.3.10 用正交试验优化固载过酸化反应条件
• 2.2.3.11 聚合物交联体固载过酸化反应单因素实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 马来酸酐化甘蔗渣的干法合成
• 2.3.2 聚合物交联体的纯化及酸化损失分析
• 2.3.3 聚合物交联体羧基含量分析
• 2.3.4 AC交联体固载过酸化反应的正交试验结果分析
• 2.3.5 聚合物交联体固载过酸化反应的单因素实验结果分析
• 2.3.6 聚合物交联体固载过酸化反应中质量损失分析
• 第三章 聚合物交联体固载过酸引发接枝聚合反应的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 合成示意图
• 3.2.3.2 固载过酸引发丙烯酸的接枝聚合应反应
• 3.2.3.3 固载过酸引发丙烯酰胺的接枝聚合反应
• 3.2.3.4 固载过酸引发丙烯酸/丙烯酰胺混合单体接枝聚合反应
• 3.2.3.5 接枝产物的纯化方法
• 3.2.3.6 接枝参数的测定
• 3.2.3.7 固载过酸引发接枝聚合反应的空白实验
• 3.2.3.8 接枝聚合反应速率的测定
• 3.2.3.9 接枝聚合反应表观活化能的测定
• 3.2.3.10 接枝聚合反应速率常数的确定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 接枝产物纯化处理方法的比较
• 3.3.2 固载过酸引发接枝聚合反应空白实验的结果分析
• 3.3.3 反应温度对接枝聚合反应的影响
• 3.3.4 反应时间对接枝聚合反应的影响
• 3.3.5 固载过酸含量对接枝聚合反应的影响
• 3.3.6 单体种类对接枝聚合反应的影响
• 3.3.7 丙烯酸中和度对接枝聚合反应的影响
• 3.3.8 单体用量对接枝聚合反应的影响
• 3.3.9 还原剂对接枝聚合反应的影响
• 3.3.10 固载过酸与非固载引发剂引发接枝聚合反应的比较
• 3.3.11 AC交联体固载过酸引发丙烯酰胺接枝聚合反应动力学研究
• 3.3.11.1 接枝聚合反应速率与固载过酸浓度的关系
• 3.3.11.2 接枝聚合反应速率与单体浓度的关系
• 3.3.11.3 接枝聚合反应速率与反应温度的关系
• 3.3.11.4 接枝聚合反应速率方程式
• 3.3.11.5 接枝聚合反应速率常数的确定
• 3.3.11.6 接枝聚合反应机理
• 第四章 接枝产物的结构表征与性能研究
• 4.1 实验试剂与仪器
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 接枝产物的羧基含量测定
• 4.2.1.1 接枝产物的酸化
• 4.2.1.2 接枝产物羧基含量的测定
• 4.2.2 红外光谱分析
• 4.2.3 接枝产物在不同水溶液中的溶胀性能研究
• 4.2.3.1 溶胀比的测定
• 4.2.3.2 温度对接枝产物水凝胶溶胀行为的影响
• 4.2.3.3 pH值对接枝产物水凝胶溶胀行为的影响
• 4.2.3.4 盐对接枝产物水凝胶溶胀行为的影响
• 4.2.4 接枝产物对重金属离子吸附性能的研究
• 4.2.4.1 接枝产物对铜离子吸附性能的研究
• 4.2.4.2 接枝产物对铅离子吸附性能的研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 接枝产物羧基含量分析
• 4.3.2 接枝产物的FTIR表征
• 4.3.3 接枝产物在不同水溶液中的溶胀性能研究
• 4.3.3.1 接枝产物溶胀行为的温度响应特性
• 4.3.3.2 接枝产物溶胀行为的盐响应特性
• 4.3.3.3 接枝产物溶胀行为的pH值响应特性
• 2+和 Pb²⁺的吸附特性的研究'>4.3.4 接枝产物对 Cu²⁺和 Pb²⁺的吸附特性的研究
• 2+和Pb²⁺脱除率的影响'>4.3.4.1 接枝产物用量对Cu²⁺和Pb²⁺脱除率的影响
• 2+和 Pb²⁺脱除率的影响'>4.3.4.2 pH值对 Cu²⁺和 Pb²⁺脱除率的影响
• 2+和 Pb²⁺脱除率的影响'>4.3.4.3 接枝单体种类与接枝率对 Cu²⁺和 Pb²⁺脱除率的影响
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士研究生期间发表的论文清单
• 附录 B FTIR谱图