保水剂制备工艺开发及机理研究

论文摘要

高吸水性树脂是一种交联度很低、不溶于水、高水膨胀性的高分子化合物,是近年来发展的一种新型节水技术。将其应用于土壤中,可以很好地把植物生长所需要的水分和养分吸收保存起来,干旱季节通过缓释作用能有效地供给作物。保水剂不仅可以提高水资源利用率,也能大大提高肥料的利用率。针对我国农业干旱缺水问题和高吸水性树脂的研究现状,本实验分别用微波和化学两种引发方式对淀粉接枝丙烯酸钠反应体系进行了研究,并对其中的影响因素如淀粉质量、丙烯酸中和度、微波功率（反应温度）、反应时间、引发剂用量和离子树脂用量等设计了正交实验,进行了规律总结和工艺优化,并考察了产品的微观结构、失水性能、热稳定性和应用效果,主要研究结果如下:（1）与化学引发体系相比,微波引发体系各因素的影响情况要复杂的多,但是微波引发所需时间极短,且产品性能更优越。（2）最佳工艺条件:微波引发（淀粉质量1.00g,丙烯酸中和度85%,微波功率150W,反应时间150s,引发剂用量0.9%,离子树脂用量1.00g）,化学引发（淀粉质量1.00g,丙烯酸中和度65%,反应温度45℃,反应时间2h,引发剂用量0.6%,离子树脂的质量0.20g）。并对产品的重复使用性能进行测定,使用三次,吸水倍率和吸盐倍率仍能达到50%以上,重复使用效果较好。（3）在我国具有代表性的五个城市郑州、广州、兰州、哈尔滨和拉萨模拟大气中,微波引发产品失水趋势基本符合数学参数模型:（?）=360.55587-6.12361X+0.024752X2（?）=0.99828（X表示时间,Y表示质量）;化学引发产品失水趋势基本符合数学参数模型:（?）=214.69617-4.83159X+0.02783X2（?）=0.9942（X表示时间,Y表示质量）。保水剂的失水率与时间的相关性在显著水平以上,其与时间呈一元二次方程关系,且相关性良好。（4）通过对产品的红外谱图分析,得出了该反应过程是一个接枝自交联的过程,并证明了保水剂的结构基团O—C=O。（5）通过对产品的差动热分析,确定了产品的使用环境温度不能超过90℃;在最佳工艺条件中,化学3和微波1的性质更稳定。（6）测定保水剂在离子型和非离子型肥料溶液中的重复吸收情况,并且与土壤和基质保水剂的重复吸收能力进行比较,所制得的产品吸收肥料溶液的能力略高,且重复性能优良。（7）把制得的产品应用于凤仙花和美洲雀稗的种植实验。加入产品与不加相比,成活天数明显增加,且生长状况有了大幅度提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 保水剂与农业
• 1.2 保水剂的研究进展
• 1.2.1 国外保水剂研究状况
• 1.2.2 我国保水剂研究进展
• 1.3 保水剂的类型
• 1.4 保水剂的作用机理
• 1.5 保水剂的应用
• 1.6 微波反应的原理及特性
• 1.7 保水剂的合成方法
• 1.8 本课题的研究目的和意义
• 1.9 本课题的研究内容
• 1.10 本章小结
• 2 保水剂合成实验研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料和试剂
• 2.2.2 主要仪器与设备
• 2.2.3 合成工艺及性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 各因素对反应的影响程度
• 2.3.2 淀粉用量的影响
• 2.3.3 丙烯酸中和度的影响
• 2.3.4 微波功率与反应温度的影响
• 2.3.5 反应时间的影响
• 2.3.6 引发剂用量的影响
• 2.3.7 离子树脂用量的影响
• 2.4 最优化及补充实验
• 2.5 保水剂产品重复性能测定
• 2.6 本章小结
• 3 保水剂产品失水动力学分析
• 3.1 失水数据测定
• 3.2 失水模型建立
• 3.3 本章小结
• 4 反应机理及产品稳定性研究
• 4.1 反应机理分析
• 4.2 稳定性分析
• 4.3 本章小结
• 5 保水剂产品对肥料溶液吸收能力分析
• 5.1 对尿素溶液的重复吸收能力
• 5.2 对磷酸二氢钾溶液的重复吸收能力
• 5.3 本章小结
• 6 保水剂产品应用
• 6.1 在凤仙花和美洲雀稗种植中的应用
• 6.1.1 凤仙花种植结果分析
• 6.1.2 美洲雀稗种植结果分析
• 6.2 本章小结
• 7 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间的论文情况
• 致谢