MMT—淀粉接枝复合吸水剂的研制及性能评价

论文题目: MMT—淀粉接枝复合吸水剂的研制及性能评价

论文类型: 博士论文

论文专业: 应用化学

作者: 周明

导师: 赵金洲,胡星琪

关键词: 蒙脱土,淀粉,聚丙烯酸,丙烯酰胺,吸水剂,插层复合,接枝共聚,交联,性能

文献来源: 西南石油学院

发表年度: 2005

论文摘要: 本文调研了国内外高吸水树脂理论的相关文献,跟踪和吸收了国内外的关于高吸水性树脂理论的最新研究成果。发现高吸水性树脂的研究大多集中在新产品的合成及应用方面,而对高吸水性树脂的结构与性能的关系、抗温抗盐性能及吸水后凝胶强度等的研究还不够。因此,本文根据插层理论,运用插层技术设计出粘土分散于聚合物基体的聚合物/粘土插层结构。以高岭土、钠基MMT和钙基MMT和绢云母这四种粘土矿物作为插主,制备粘土-有机聚合物超吸水性复合材料,优选出钠基MMT制备复合吸水剂。减少了成本,改善了淀粉类吸水树脂的综合性能。本研究采用丙烯酰胺与部分中和的丙烯酸等作为客体,在单体溶液中升温糊化淀粉,客体与插主MMT插层,再进行同时接枝交联聚合,在反应过程中无需氮气的保护,制备了MMT-淀粉接枝复合吸水剂。并采用均匀设计方法,综合考虑各因素和交互作用的影响,得到吸水剂的优化合成条件。解决了以往淀粉类吸水剂吸水后强度不高的问题,提高了淀粉类高吸水剂的抗温抗盐性能。用XRD、IR和SEM等手段来表征其结构,可以看出蒙脱石已经被充分撑开,均匀地分散在聚合物基体中,达到了插层复合的效果。发现MMT-淀粉接枝复合吸水剂存在着三个层次结构,推断出微观结构,提出了复合吸水剂的吸水机理是毛细管效应、网络结构、亲水性基团、溶解度参数和离子渗透压的综合作用。TGA分析了复合材料热稳定性和DSC分析了复合材料玻璃化温度和吸水后水存在的状态。并采用多项技术提高了该复合吸水剂的综合性能。通过SEM在MMT-淀粉接枝复合吸水剂中观察到银纹现象,这为MMT增强增韧聚合物基体提供了有力的佐证。采用表面处理技术,改善了MMT-淀粉接枝复合吸水剂中的MMT与聚合物基体的两相界面作用力,并提出了弹性过渡带模型。提出了吸水剂溶胀的三个阶段模型,发现玻璃态芯的消失快慢决定了凝胶的吸水速度。将聚合物/无机物复合结构引入到接枝型高吸水剂的结构设计与合成,以实现对高吸水剂的改性,目前在国内还属探索阶段。本论文对蒙脱土/淀粉接枝高吸水复合剂插层结构的研究,丰富了高性能吸水材料的研究方法,拓宽了吸水剂性能与结构设计的新思路。

论文目录:

1 绪论

1．1 研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 化学引发淀粉接枝共聚高吸水性树脂

1．2．2 辐射引发淀粉接枝共聚高吸水性树脂

1．2．3 应用现状

1．2．4 发展方向

1．3 研究的理论依据、方法及内容

1．3．1 理论依据

1．3．2 研究方法

1．3．3 研究内容

1．4 高吸水性树脂的制备方法

1．4．1 溶液聚合法

1．4．2 反相悬浮聚合法

1．4．3 反相乳液聚合法

1．4．4 接枝聚合法

1．4．5 辐射引发聚合法

1．5 主要性能评价指标

1．5．1 吸液能力

1．5．2 吸液速度

1．5．3 热稳定性

1．5．4 吸水剂的强度

1．5．5 水凝胶的抗盐性能

1．5．6 保水能力

1．5．7 吸氨能力

1．5．8 其它主要性能

1．6 主要成果和创新点

1．6．1 主要成果

1．6．2 创新和发展

1．7 小结

2 吸水剂的基本理论及插层复合技术

2．1 吸水剂的基本理论

2．1．1 热力学理论

2．1．2 动力学理论

2．1．3 吸水机理

2．2 插层复合技术

2．2．1 物理插层方法

2．2．2 化学插层方法

2．2．3 插入方式

2．2．4 X衍射实验方法

2．3 小结

3 MMT的选择、粉体制备及粉体表征

3．1 粘土的基本结构

3．2 粘土矿物的主要性质

3．3 三种粘土的结构与性能

3．3．1 高岭土

3．3．2 绢云母

3．3．3 蒙脱石

3．4 超细粉的制备

3．4．1 超细粉体技术概述

3．4．2 超细粉体制备方法

3．4．3 超细粉体的制备

3．5 插主的选择

3．6 MMT超细粉的表征

3．6．1 MMT粉体的化学组成

3．6．2 MMT粉体的粒度

3．7 小结

4 MMT-淀粉接枝复合吸水剂的合成

4．1 均匀设计方法确定

4．2 原料与仪器

4．3 自由基聚合

4．3．1 钠基蒙脱土的纯化

4．3．2 合成步骤及工艺

4．3．3 引发剂的选择

4．4 均匀实验设计

4．5 结果与讨论

4．5．1 合成因素对吸水性的影响

4．5．2 接枝共聚反应机理

4．5．3 交联反应机理

4．5．4 插层效率的测定

4．5．5 插层热力学及动力学

4．6 小结

5 复合吸水剂的表征

5．1 X衍射

5．1．1 处理前后溶液中MMT的 X衍射实验

5．1．2 复合吸水剂的 X衍射

5．2 红外吸收光谱(IR)分析

5．2．1 实验

5．2．2 结果与讨论

5．3 热重分析(TGA)

5．3．1 实验方法

5．3．2 结果与讨论

5．4 差示扫描量热法 DSC

5．4．1 实验方法

5．4．2 结果与讨论

5．5 扫描电镜

5．5．1 原理

5．5．2 样品的制备

5．5．3 扫描电子显微镜操作流程

5．5．4 结果与与讨论

5．6 复合吸水剂的结构

5．7 小结

6 MMT/淀粉接枝复合吸水剂性能

6．1 蒙脱土的增强增韧作用

6．1．1 强度的测定

6．1．2 MMT对吸水强度的影响

6．1．3 吸水率对吸水强度的影响

6．1．4 增韧增强机理

6．2 表面改性剂对界面的作用

6．3 表面改性剂对吸水率的影响

6．4 树脂的抗盐能力

6．5 热稳定性

6．5．1 干燥温度对吸水率的影响

6．5．2 吸水温度对吸水率的影响

6．6 吸水速度

6．6．1 吸水率与时间的关系

6．6．2 不同粒径对凝胶吸水速度的影响

6．7 保水能力

6．8 吸水速度的提高

6．8．1 增加比表面积

6．8．2 溶解度参数相近原则

6．8．3 亲水基团多样化

6．8．4 乙醇水溶液处理

6．8．5 表面处理

6．9 小结

7 网络的协同扩散及吸水机理研究

7．1 网络的协同扩散

7．1．1 球对称水凝胶的网络扩张

7．1．2 形状不同水凝胶的网络扩张

7．2 吸水机理的新见解

7．2．1 吸水剂的吸水过程

7．2．2 复合吸水剂的吸水实质

7．3 小结

8 结论与建议

8．1 结论

8．2 建议

参考文献

致谢

附录:博士研究生期间发表的论文

发布时间: 2006-01-11

MMT—淀粉接枝复合吸水剂的研制及性能评价

猜你喜欢