高吸水性树脂的结构设计与性能研究

论文摘要

应用分子结构设计理论，以丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、蒙脱石（MMT）和海藻酸钠（SA）等为主要原料，设计并用反相悬浮聚合法合成了PAA／MMT、PAA／AMPS／MMT和PAA／SA高吸水性树脂，探讨了影响高吸水性树脂性能的各种因素，研究了高吸水性树脂的吸水性能、保水性能、耐盐性能、热稳定性能、生物降解性能和结构。 采用二次插层法使蒙脱石先后与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）反应制得有机蒙脱石，使蒙脱石层间距从1.26nm增大至3.07nm，有利于MMT与PAA的插层复合反应，证明二次插层法是一种较好的制备有机蒙脱石的方法。 实验结果证明反相悬浮法是一种较好的合成高吸水性树脂的方法，可避免聚合产物吸收大量的水，产品呈小颗粒状，有利于聚合反应进行和产物后处理。考察了分散介质种类和油水体积比，分散剂种类和用量等反应条件对吸水性能的影响。实验结果表明：宜采用环己烷为分散介质，环己烷和水的油水体积比为3：1；Span-60和Tween-80为分散剂，Span-60和Tween-80质量比为2：1。 系统研究了各种反应条件对高吸水性树脂的吸水性能的影响，优化了合成工艺条件，结果如下： PAA／MMT高吸水性树脂：相对于环己烷，分散剂的质量分数为2％；相对于丙烯酸单体，交联剂（NMBA）、引发剂（KPS）和蒙脱石的质量分数分别为0.1％、2％和10％；丙烯酸中和度为70％；聚合反应温度为70℃。在此条件下合成的PAA／MMT高吸水性树脂，吸水率为783g／g，吸盐水（0.9％NaGl水溶液）率为86g／g。 PAA／AMPS／MMT高吸水性树脂：相对于环己烷，分散剂的质量分数为2％；相对于AA和AMPS，NMBA、KPS、MMT和AMPS的质量分数分别为0.1％、2％、10％、30％；丙烯酸中和度为75％；聚合反应温度为70℃。在此条件下合成的PAA／AMPS／MMT高吸水性树脂，吸水率为857g／g，吸盐水率为129g／g。 PAA／SA高吸水性树脂：相对于环己烷，分散剂的质量分数为3％；相对于反应单体从和SA，NMBA、KPS和SA的质量分数分别为0.1％、1.0％和1.5％；丙烯酸中和度65％；聚合反应温度70℃。在此条件下合成的PAA／SA高吸水性树脂，吸水率为814g／g，吸盐水率为79g／g。 研究了PAA／MMT、PAA／AMPS／MMT、PAA／SA高吸水性树脂的吸水保水性能和吸水速率和凝胶强度。结果表明：PAA／MMT和PAA／AMPS／MMT高吸水性树脂的吸水

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 论文的创新与贡献
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.2 高吸水性树脂的研究进展
• 1.2.1 高吸水性树脂在国外的研究概况
• 1.2.2 高吸水性树脂在国内的研究概况
• 1.2.3 高吸水性树脂的发展趋势
• 1.3 高吸水性树脂的分类
• 1.4 高吸水性树脂的制备方法
• 1.5 吸水性树脂的吸水机理
• 1.5.1 高吸水性树脂的吸水热力学
• 1.5.2 高吸水性树脂的吸水动力学
• 1.6 高吸水性树脂的生物降解机理
• 1.6.1 可降解聚合物的主要特点
• 1.6.2 聚合物的生物降解机理
• 1.6.3 影响聚合物生物降解性能的主要因素
• 1.6.4 聚合物生物降解性能的表征
• 1.7 论文研究目标及研究内容
• 1.7.1 研究目标
• 1.7.2 主要研究内容
• 1.7.3 课题来源
• 1.8 本章小结
• 第2章 高吸水性树脂结构设计的理论基础
• 2.1 前言
• 2.2 高聚物结构的主要特点
• 2.3 高吸水性树脂的结构特征
• 2.4 影响高吸水性树脂性能的主要因素
• 2.5 高吸水性树脂结构设计的主要方法
• 2.5.1 提高耐盐性能的方法
• 2.5.2 提高凝胶强度的方法
• 2.5.3 提高生物降解性能的方法
• 2.5.4 提高吸水速度的方法
• 2.6 纳米插层理论
• 2.6.1 蒙脱石的结构特征
• 2.6.2 聚合物/蒙脱石纳米插层复合材料
• 2.6.3 插层方法
• 2.6.4 插层热力学及动力学分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 有机蒙脱石的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料和试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 有机蒙脱石的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 X射线衍射（XRD）分析
• 3.3.2 红外光谱（IR）分析
• 3.3.3 插层剂的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 PAA/MMT高吸水性树脂的合成与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 合成方法
• 4.2.4 性能测试与结构分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 分散介质对吸水率的影响
• 4.3.2 分散剂对吸水率的影响
• 4.3.3 搅拌速率对吸水率的影响
• 4.3.4 交联剂对吸水率的影响
• 4.3.5 反应温度对吸水率的影响
• 4.3.6 引发剂对吸水率的影响
• 4.3.7 丙烯酸中和度对吸水率的影响
• 4.3.8 蒙脱石对吸水率的影响
• 4.3.9 层状无机物的选择
• 4.3.10 PAA/MMT高吸水性树脂的吸水性能
• 4.3.11 PAA/MMT高吸水性树脂的保水性能
• 4.3.12 PAA/MMT高吸水性树脂的吸水速率
• 4.3.13 PAA/MMT高吸水性树脂的结构测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 PAA/AMPS/MMT高吸水性树脂的合成与性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 合成方法
• 5.2.4 性能测试与结构分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 AMPS对吸水率的影响
• 5.3.2 丙烯酸中和度对吸水率的影响
• 5.3.3 交联剂对吸水率的影响
• 5.3.4 引发剂对吸水率的影响
• 5.3.5 反应温度对吸水率的影响
• 5.3.6 蒙脱石对吸水率的影响
• 5.3.7 分散剂对吸水率的影响
• 5.3.8 共聚有机单体的选择
• 5.3.9 PAA/AMPS/MMT高吸水性树脂的吸水性能
• 5.3.10 PAA/AMPS/MMT高吸水性树脂的保水性能
• 5.3.11 PAA/AMPS/MMT高吸水性树脂的结构测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 PAA/SA高吸水性树脂的合成与性能研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验试剂
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 合成方法
• 6.2.4 性能测试与结构分析
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 海藻酸钠对吸水率的影响
• 6.3.2 引发剂对吸水率的影响
• 6.3.3 交联剂对吸水率的影响
• 6.3.4 丙烯酸中和度对吸水率的影响
• 6.3.5 反应温度对吸水率的影响
• 6.3.6 分散剂对吸水率的影响
• 6.3.7 PAA/SA高吸水性树脂的吸水性能
• 6.3.8 PAA/SA高吸水性树脂的吸水速率
• 6.3.9 PAA/SA高吸水性树脂的保水性能
• 6.3.10 PAA/SA高吸水性树脂的应答性
• 6.3.11 PAA/SA高吸水性树脂的热稳定性分析
• 6.3.12 PAA/SA高吸水性树脂的结构与形态分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 PAA/SA高吸水性树脂的生物降解性能研究
• 7.1 前言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 实验原料
• 7.2.2 生物降解样品的制备
• 2释放降解试验'>7.2.3 PAA/SA高吸水性树脂CO₂释放降解试验
• 7.2.4 PAA/SA高吸水性树脂微生物生长试验
• 7.2.5 PAA/SA高吸水性树脂的微生物降解试验
• 7.2.6 PAA/SA高吸水性树脂土壤掩埋法降解试验
• 7.2.7 PAA/SA高吸水性树脂活性污泥法降解试验
• 7.3 结果与讨论
• 2释放试验分析'>7.3.1 PAA/SA高吸水性树脂CO₂释放试验分析
• 7.3.2 PAA/SA高吸水性树脂的微生物生长试验分析
• 7.3.3 PAA/SA高吸水性树脂的微生物降解试验分析
• 7.3.4 PAA/SA高吸水性树脂土壤掩埋法降解试验分析
• 7.3.5 活性污泥法降解试验结果分析
• 7.3.6 PAA/SA高吸水性树脂生物降解性能与SA含量的关系
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢