论文题目: 水凝胶理论及表面强化交联应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程与技术
作者: 黄健
导师: 黄志明,包永忠
关键词: 溶胀平衡,表面强化交联,温敏水凝胶,高吸水树脂,聚合
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以Flory凝胶溶胀理论和Tanaka的水凝胶相变理论为基础,引入交联效率、物理交联作用和链段伸展状态变化等的影响,修正并建立了水凝胶溶胀平衡热力学模型和温度—凝胶扩散系数模型。在此基础上,针对温敏性水凝胶和高吸水性树脂存在问题,从分子结构设计入手,提出强化水凝胶表面交联的新思路,对表面强化交联温敏性水凝胶和高吸水性树脂的合成、结构和性能进行深入研究。论文研究成果为水凝胶理论的发展和应用打下良好的基础。 针对水凝胶结构和性能基础研究少,现有的热力学模型不能真实地描述和直接预测水凝胶溶胀行为,论文在Flory-Rehner弹性自由能理论基础上,首次引入交联效率和物理交联作用的影响,建立新的更为精确的水凝胶溶胀平衡热力学模型。该模型能较好地仿真N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺(PNIPA-AM)共聚物水凝胶的平衡溶胀过程。基于Tanaka凝胶溶胀理论导出凝胶网络扩散系数,继而研究扩散系数与凝胶合成工艺条件的关系,发现:凝胶网络扩散系数随交联剂用量的增加先减后增,随引发剂用量的增加、或单体浓度的提高、或环境温度的升高都单调地增大。考虑到高分子链段在溶剂中伸展缠绕状态的变化,建立了凝胶网络扩散系数—温度模型,该模型能更精确地预测实验结果。 在理论研究的基础上,针对常规水凝胶存在的响应速度慢、吸水后力学强度低、耐盐性较差等问题,从分子结构设计和入手,提出采用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺/二乙烯苯(BIS/DVB)复合交联剂进行表面强化交联的创意,优化凝胶结构,研究聚合工艺—凝胶结构—性能之间的关系,并合成了综合性能优化的温敏性水凝胶和高吸水性树脂。 1、采用紫外光谱技术与表面扫描电镜观察相结合,证实了树脂表面强化交联结构的存在。研究发现:调节DVB加入时刻可控制强化交联表层的厚度,亲水性交联剂BIS对树脂凝胶分率的影响较亲油性交联剂DVB更为明显。 2、通过反相悬浮法并采用亲水/亲油复合交联剂(BIS和DVB)制备表面强化交联的温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPA)树脂,得到优化的聚合工艺条件。PNIPA水凝胶的低临界溶解温度(LCST)较采用单一交联剂的低(32～34℃)、温敏响应时间短(100s左右)。PNIPA的浓缩分离性能研究发现:随着溶质聚乙二醇
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1、绪论
2、文献综述
2．1 水凝胶热力学理论
2．1．1 混合自由能
2．1．2 弹性自由能
2．1．3 离子自由能
2．2 水凝胶动力学理论
2．2．1 Tanaka动力学模型
2．2．2 理论模型修正
2．3 温度敏感(温敏)性水凝胶
2．3．1 相转变机理
2．3．2 合成方法
2．3．3 PNIPA系水凝胶的性能
2．3．4 PNIPA系水凝胶的应用
2．3．5 改善PNIPA系水凝胶响应速率的方法
2．4 高吸水树脂
2．4．1 结构特征
2．4．2 高吸水树脂分类
2．4．3 高吸水树脂的制备
2．4．4 高吸水性树脂的性能
2．4．5 改善高吸水树脂性能的方法
2．5 课题的提出
参考文献
3、水凝胶的溶胀理论模型和仿真
3．1 前言
3．2 理论部分
3．2．1 混合能引起的化学势变化
3．2．2 弹性能引起的化学势变化
3．2．3 节点数
3．2．4 溶胀平衡
3．3 实验部分
3．3．1 原料试剂
3．3．2 亚微米级水凝胶粒子的合成
3．3．3 结构和性能表征
3．4 结果与讨论
3．4．1 共聚水凝胶的组成
3．4．2 水凝胶微粒的粒径及分布
3．4．3 凝胶溶胀行为的仿真
3．5 本章小结
参考文献
4、水凝胶的溶胀动力学行为
4．1 前言
4．2 实验部分
4．2．1 原料试剂
4．2．2 球形PAM水凝胶的合成
4．2．3 性能表征
4．3 结果与讨论
4．3．1 凝胶形态
4．3．2 凝胶网络扩散系数
4．3．2．1 温度的影响
4．3．2．2 交联剂浓度的影响
4．3．2．3 引发剂浓度的影响
4．3．2．4 单体浓度的影响
4．4 本章小结
参考文献
5、反相悬浮法表面强化交联温敏PNIPA水凝胶
5．1 前言
5．2 表面强化交联设想的提出
5．3 实验部分
5．3．1 原料试剂
5．3．2 粒状凝胶的合成
5．3．3 性能表征
5．4 结果与讨论
5．4．1 PNIPA水凝胶的合成
5．4．1．1 单体浓度的影响
5．4．1．2 交联剂浓度的影响
5．4．1．3 油水比的影响
5．4．1．4 分散剂浓度的影响
5．4．2 PNIPA水凝胶的性能
5．4．2．1 颗粒形态
5．4．2．2 温敏溶胀性能
5．4．2．3 溶胀/收缩动力学
5．4．3 PNIPA水凝胶的浓缩分离
5．4．3．1 折光指数标准曲线
5．4．3．2 PEG浓度和分子量的影响
5．4．3．3 交联剂浓度的影响
5．5 本章小结
参考文献
6、溶液法表面强化交联温敏水凝胶
6．1 前言
6．2 实验部分
6．2．1 原料试剂
6．2．2 NIPA-AN共聚水凝胶的合成
6．2．3 表面交联处理
6．2．4 性能表征
6．3 结果与讨论
6．3．1 温度敏感性
6．3．2 单体组成对凝胶收缩/溶胀动力学的影响
6．3．3 表面强化交联对凝胶收缩/溶胀动力学的影响
6．4 本章小结
参考文献
7、表面强化交联高吸水树脂的合成及工艺优化
7．1 前言
7．2 实验部分
7．2．1 原料试剂
7．2．2 聚合实验装置
7．2．3 高吸水树脂的合成
7．2．4 性能表征
7．3 结果与讨论
7．3．1 聚合过程稳定性
7．3．2 聚合工艺配方优化
7．3．2．1 交联剂用量的影响
7．3．2．2 油水相比的影响
7．3．2．3 单体浓度的影响
7．3．2．4 单体配比的影响
7．3．2．5 中和度的影响
7．3．2．6 引发剂浓度的影响
7．4 本章小结
参考文献
8、表面强化交联高吸水树脂的结构控制
8．1 前言
8．2 实验部分
8．2．1 原料试剂
8．2．2 合成方法
8．2．3 性能表征
8．3 结果与讨论
8．3．1 表面强化交联结构
8．3．1．1 DVB的消耗率
8．3．1．2 形态结构
8．3．2 凝胶分率
8．3．2．1 BIS的影响
8．3．2．2 DVB的影响
8．3．3 颗粒粒径
8．3．3．1 分散剂用量的影响
8．3．3．2 搅拌转速的影响
8．3．3．3 油水比的影响
8．4 本章小结
参考文献
9、表面强化交联高吸水树脂的性能研究
9．1 前言
9．2 实验部分
9．2．1 原料试剂
9．2．2 吸水树脂的合成
9．2．3 性能表征
9．3 结果与讨论
9．3．1 吸水速率
9．3．2 保水性能
9．3．3 凝胶强度
9．3．4 反复吸放性能
9．3．5 耐盐性能
9．4 本章小结
参考文献
10、结论
致谢
作者简介
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-05-10
参考文献
- [1].高分子水凝胶结构—性质关系的分子模拟研究[D]. 张奥开.东南大学2016
- [2].温度敏感性水凝胶的制备及其在铜离子吸附中的应用[D]. 成瑾瑾.浙江大学2017
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