壳聚糖/阳离子聚丙烯酰胺水分散体系的研究

论文摘要

阳离子聚丙烯酰胺因含有阳离子基团而具有特殊功效,是目前功能高分子研究领域的热点之一。水分散聚合技术具有反应过程简单,不使用有机溶剂等优点,是制备聚丙烯酰胺的一种环境友好型新技术。水分散聚合体系中的分散稳定剂是影响分散聚合过程的关键因素,对分散聚合有着重要的影响,而目前水分散聚合应用的分散剂大多集中在人工合成的均聚物或共聚物,对天然高分子聚合物的应用鲜见报道。本论文将天然高分子聚合物——壳聚糖作为新型分散剂引入到阳离子聚丙烯酰胺水分散体系中,对该环境友好型水分散阳离子聚丙烯酰胺的制备规律进行了细致的研究,通过多种表征方法详细表征了聚合物的结构,并且探讨了壳聚糖/阳离子聚丙烯酰胺产品的絮凝性能。1.以壳聚糖(Cts)为分散剂,丙烯酰胺(AM)和阳离子共聚单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为主要单体原料,选择水溶性偶氮化合物(V50)为引发剂,在氯化钠的弱酸溶液中采用水分散聚合制备了稳定的Cts/CPAM聚合物。2.在弱酸条件下(pH = 5.5)系统考察了单体用量、单体配比AM/DMC(质量比)、分散剂用量、无机盐用量、引发剂用量、反应温度等因素对水分散聚合反应、产品特性(分子量)和体系稳定性的影响。3.通过正交试验法确定了较佳的合成工艺条件:分散剂用量为1.50 %,无机盐的用量为17.50 %,引发剂用量为0.042‰,反应温度为60.0℃。4.利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热失重(TGA)等分析方法对聚合物产品进行了表征,从微观角度对产品的结构性质进行了细致的研究。结合前面单因素实验分析,可以推测壳聚糖作为分散剂时,在AM与DMC聚合的过程中,壳聚糖也接枝到聚合物分子中,使体系产生了一种自稳定的分散作用。该方法制备的聚合物颗粒细小、分布均匀,热性稳定性能较高。5.以质量分数为1‰的高岭土模拟废水进行絮凝实验,系统考察了水分散型Cts/CPAM的投加量、温度等因素对絮凝性能的影响。实验表明:该聚合物具有投加量少、絮凝性能良好的特点,而且聚合物的絮凝效果受pH变化的影响较小,对温度不敏感,因此该聚合物具有较广的使用范围。6.通过分析絮体的结构特征,探讨了聚合物的絮凝机理。实验结果表明:聚合物处理高岭土模拟废水所产生的絮体具有较明显的分形特征,微絮体与絮凝聚集体之间的吸附架桥现象明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 壳聚糖简介
• 1.1.1 壳聚糖的物理性质
• 1.1.2 壳聚糖的结构特征
• 1.1.3 壳聚糖的研究简介
• 1.2 聚丙烯酰胺简介
• 1.2.1 聚丙烯酰胺的结构特点
• 1.2.2 聚丙烯酰胺的类型
• 1.2.3 聚丙烯酰胺的制备技术
• 1.2.4 聚丙烯酰胺的应用
• 1.3 水分散聚合详细介绍
• 1.3.1 水分散聚合研究进展
• 1.3.2 水分散聚合影响因素
• 1.3.3 分散聚合成核机理
• 1.3.4 分散体系稳定机理
• 1.3.5 分散聚合技术特点
• 1.4 阳离子聚丙烯酰胺水分散聚合
• 1.4.1 阳离子聚丙烯酰胺水分散聚合研究现状
• 1.4.2 阳离子型聚丙烯酰胺的主要制备方法
• 1.4.3 阳离子型聚丙烯酰胺水分散聚合工艺的特点
• 1.5 本课题的意义、应用前景及内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 应用前景
• 1.5.3 研究内容
• 2 壳聚糖/阳离子聚丙烯酰胺水分散体系的制备
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 水分散体系的制备
• 2.1.4 聚合物产品的纯化
• 2.1.5 聚合物产品的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 单体的浓度对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.2 单体配比对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.3 分散剂的浓度对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.4 盐的浓度对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.5 引发剂的浓度对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.6 反应温度对水分散聚合工艺的影响
• 2.2.7 最佳合成条件的确定
• 2.2.8 聚合物产品的表征
• 2.3 本章小结
• 3 壳聚糖/阳离子聚丙烯酰胺聚合物的絮凝性能研究
• 3.1 絮凝剂概述
• 3.1.1 常用絮凝剂
• 3.1.2 高分子絮凝剂的结构特点
• 3.1.3 高分子絮凝机理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 絮凝实验
• 3.2.4 絮凝形态的研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚合物用量的影响
• 3.3.2 pH 的影响
• 3.3.3 搅拌速度的影响
• 3.3.4 搅拌时间的影响
• 3.3.5 温度对絮凝的影响
• 3.3.6 絮凝机理的分析
• 3.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 创新点
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录