SA/P（AA/AM）互穿聚合物网络高吸水性树脂合成及其性能研究

论文摘要

本文采用分步法制备SA/P（AA/AM）互穿聚合物网络高吸水性树脂。第一步是以木薯淀粉（St）和丙烯酸（AA）为原料,采用过硫酸铵-亚硫酸氢钠（NH4）2S2O8-NaHSO3氧化还原引发体系,先合成淀粉接枝丙烯酸聚合物SA。第二步是选择丙烯酸和丙烯酰胺（AM）为单体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂,以（NH4）2S2O8-NaHSO3为引发体剂,再与SA进行互穿网络聚合反应,合成了SA/P（AA/AM）互穿聚合物网络高吸水性树脂,并对其结构与性能进行了表征与研究。论文主要包括以下内容：1. SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂合成研究利用单因素法和正交实验法优化了制备工艺,确定的合成SA/P（AA/AM）最佳工艺条件为：各物质的用量（以单体质量为基数）,丙烯酰胺／丙烯酸=0.4；引发剂用量0.32%；交联剂用量0.035%；丙烯酸中和度85%；SA用量8%；反应温度55℃。此条件下制得SA/P（AA/AM）的吸水倍率和吸盐水倍率分别达到1480g/g和120g/g。2.高吸水性树脂吸水机理的探讨运用Flory热力学理论,对高吸水树脂吸水机理和树脂的结构与吸水的关系进行了研究,得出高吸水树脂在结构上必须具备两个条件：其一,含有大量的亲水基团；其二,具有适当的立体网络结构。亲水性基团密度愈大,吸水能力愈强；树脂交联密度愈大,吸水能力越差,交联网状结构均匀分布是提高吸水能力的重要因素。因此,吸水能力可看作是分子链上离子电荷相斥而促使分子链伸展与扩张和由交联结构及氢键而引起的阻止分子链扩张的相互作用的结果。3. SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂结构及性能研究研究了SA/P（AA/AM）在高温和高速离心条件下的保水性能。结果表明：SA/P（AA/AM）树脂在70℃下干燥14小时后,其保水率为59.5%；在转速为5000r/min的离心机中脱水分离90min后,其保水率为54.6%。研究了SA/P（AA/AM）在不同温度下的吸水能力和反复性吸水能力。研究发现SA/P（AA/AM）树脂的吸水能力对温度的依赖性不大,反复吸水能力较好。SA/P（AA/AM）的红外光谱、热重分析、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射测试分析表明,SA的淀粉多糖大分子骨架以及接枝的聚丙烯酸支链PAA穿插在P（AA/AM）共聚交联的网络内,从而增强它们分子之间的相互作用,同时SA与P（AA/AM）大分子链间的物理缠绕及大量氢键作用,有效的提高了IPN的热分解温度,增强了其热稳定性。4.高吸水树脂合成的放大试验研究在实验室小试研究基础上,我们对淀粉/丙烯酸/丙烯酰胺IPN交联型高吸水性树脂进行了放大试验研究,结果显示本IPN高吸水树脂的合成工艺合理,工艺技术参数稳定,单体转化率高,放大试验的转化率达98%,成本较低,性能超过国内外同类产品,达到了预期设计目标,为中试生产奠定了扎实的工艺技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高吸水树脂的发展概况
• 1.3 高吸水树脂的基本合成方法
• 1.3.1 本体聚合
• 1.3.2 溶液聚合
• 1.3.3 反相悬浮聚合
• 1.3.4 反相乳液聚合
• 1.4 改善高吸水树脂性能的主要方法
• 1.4.1 改善高吸水树脂耐盐性的方法
• 1.4.2 改善高吸水树脂吸水速率的方法
• 1.4.3 改善高吸水树脂凝胶强度的方法
• 1.4.4 改善高吸水树脂使用寿命的方法
• 1.5 高吸水树脂的用途
• 1.5.1 农林园艺方面的应用
• 1.5.2 医药卫生方面的应用
• 1.5.3 建筑材料方面的应用
• 1.5.4 工业中的应用
• 1.5.5 其他方面的应用
• 1.6 互穿聚合物网络简介
• 1.7 课题研究意义及主要内容
• 1.7.1 课题的研究意义
• 1.7.2 课题的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂的合成
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 合成工艺
• 2.3 影响高吸水性树脂合成的主要因素
• 2.3.1 单体配比（AM/AA）的影响
• 2.3.2 引发剂用量的影响
• 2.3.3 交联剂用量的影响
• 2.3.4 中和度的影响
• 2.3.5 SA用量的影响
• 2.4 正交实验优化分析
• 2.4.1 正交试验水平和因素的确定
• 2.4.2 正交试验结果分析
• 2.5 结论
• 参考文献
• 第三章 SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂的结构表征与性能研究
• 3.1 互穿网络结构的形成机理
• 3.2 高吸水性树脂吸水机理的探讨
• 3.2.1 高吸水树脂在水中的溶胀过程
• 3.2.2 Flory凝胶膨胀公式
• 3.3 SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂结构表征
• 3.3.1 SA/P（AA/AM）树脂的红外光谱分析
• 3.3.2 SA/P（AA/AM）树脂的热重分析
• 3.3.3 SA/P（AA/AM）树脂的扫描电镜分析
• 3.3.4 SA/P（AA/AM）树脂的透射电镜分析
• 3.3.5 SA/P（AA/AM）树脂的X射线衍射分析
• 3.4 SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水性树脂性能测试
• 3.4.1 SA/P（AA/AM）互穿网络高吸水树脂保水性能测试
• 3.4.1.1 热保水率
• 3.4.1.2 离心保水率
• 3.4.2 在不同温度下的吸水能力测试
• 3.4.3 反复性吸水能力测试
• 3.5 结论
• 参考文献
• 第四章 淀粉/丙烯酸/丙烯酰胺互穿聚合IPN高吸水性树脂的放大试验研究
• 4.1 高吸水性树脂合成的放大试验
• 4.1.1 实验所用原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验设计安排
• 4.1.4 小试实验
• 4.1.4.1 小试实验装置
• 4.1.4.2 小试生产工艺
• 4.1.5 放大实验
• 4.1.5.1 放大实验装置
• 4.1.5.2 放大生产工艺
• 4.2 放大实验工艺参数的确定
• 4.2.1 正交优化
• 4.2.2 工艺参数确定
• 4.3 产品产率与性能
• 4.4 成本核算
• 4.5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文