煅烧高岭土/聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料的研制及机理探讨

论文题目: 煅烧高岭土/聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料的研制及机理探讨

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 夏开胜

导师: 沈上越

关键词: 高吸水保水复合材料,煅烧高岭土,聚丙烯酸钠,丙烯酰胺,性能,机理

文献来源: 中国地质大学

发表年度: 2005

论文摘要: 高吸水保水材料是一种吸水能力特别强，而且保水能力也非常好的特殊功能高分子材料。该材料在国民经济的众多领域得到了应用。但是，传统高吸水保水材料由于生产成本高、抗盐性能和保水性能较差、凝胶强度低等原因，其应用范围受到很大限制，推广应用缓慢。 本研究主要针对我国北方旱作农区降雨少且集中、土壤有机质含量低、保水性差的现状，以降低生产成本、简化生产工艺、提高抗盐性和保水性为出发点，采用湖北宜昌煤系煅烧高岭土超细粉体与高分子复合的技术路线，研制得到煅烧高岭土／聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料。实验过程表明，材料制备工艺简单、周期短，实验便于控制。 本论文研究了丙烯酰胺用量、引发剂用量、交联剂用量和中和度四个因素对煅烧高岭土／聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料吸水性能的影响。研究表明，丙烯酰胺最佳用量为15％，引发剂最佳用量为0.25％，交联剂最佳用量为0.08％，中和度为80％时最佳。 通过固定上述四因素为最佳配比，研究了煅烧高岭土添加量对煅烧高岭土／聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料吸水性能、保水性能、凝胶强度、重复使用性能和原料成本的影响，在满足项目要求的前提下综合评价得到，最佳煅烧高岭土添加量为60％。此时复合材料吸蒸馏水倍率达646g／g，吸自来水倍率达248g／g，生理盐水倍率达56g／g；保水率在离心60min后为94.5％，常温放置15天后为61.5％，50℃放置6h后为87.1％，80℃放置6h后为80.0％，较不添加矿物时均有提高；此时复合材料凝胶强度为121g／cm~2，提高了43％，重复使用三次后吸水倍率达到首次的74％，原料成本降低了约5000元／吨。 采用XRD分析、IR分析和ESEM分析对煅烧高岭土／聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料进行了表征。结果表明，复合材料为煅烧高岭土、丙烯酸钠和丙烯酰胺三者的复合体，在复合过程中，煅烧高岭土没有发生结构变化，而是以片状形态均匀分散于高分子基体中，且当煅烧高岭土添加量为60％时，复合效果最好。 结合高吸水保水材料的吸水理论，初步探讨了煅烧高岭土／聚丙烯酸钠高吸水保水复合材料的吸水机理。研究表明，煅烧高岭土因可能与高分子在复合过程中发生表面接枝聚合而粘附在高分子网络结构上，复合材料在吸水时受渗透压和网络弹性张力的共同作用，最终达到吸水平衡。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 高吸水保水材料的发展概况

1.1.1 传统高吸水保水材料国内外发展概况

1.1.2 矿物／高分子高吸水保水复合材料研究现状

1.2 高吸水保水材料的种类

1.2.1 淀粉系高吸水保水材料

1.2.2 纤维素系高吸水保水材料

1.2.3 其它天然高分子化合物及其衍生物系高吸水保水材料

1.2.4 合成系高吸水保水材料

1.2.5 共混与复合系高吸水保水材料

1.3 高吸水保水材料的制备方法

1.3.1 本体聚合法

1.3.2 溶液聚合法

1.3.3 反相悬浮聚合法

1.3.4 反相乳液聚合法

1.3.5 微波辅助合成法

1.4 高吸水保水材料的性能

1.4.1 吸水性能

1.4.2 保水性能

1.4.3 凝胶强度

1.4.4 其他性能

1.5 高吸水保水材料的应用

1.5.1 在农林园艺及沙漠治理方面的应用

1.5.2 在医疗卫生方面的应用

1.5.3 在工业上的应用

1.5.4 在建筑及其它方面的应用

1.6 本研究的来源背景、主要内容、意义及创新点

1.6.1 研究来源

1.6.2 研究背景

1.6.3 研究的主要内容

1.6.4 研究意义

1.6.5 论文的创新点

第二章 煤系煅烧高岭土的研究现状

2.1 煅烧高岭土的加工与应用

2.2 煤系高岭土的煅烧

2.2.1 煅烧时的结构变化

2.2.2 影响煤系高岭土煅烧或焙烧的因素

2.2.3 煅烧的设备

2.3 超细煅烧高岭土

2.3.1 密度的变化

2.3.2 白度的变化

2.3.3 颗粒表面吸附能力

2.3.4 吸油量、遮盖力及折光指数

2.4 煅烧高岭土的表面改性

2.5 煅烧高岭土的用途

2.5.1 PVC电缆料的填料

2.5.2 造纸填料和涂料

2.5.3 涂料填料

2.5.4 合成4A沸石

2.5.5 制造结晶氯化铝和聚合氯化铝

2.5.6 耐火材料

2.6 目前研究存在的问题

第三章 实验部分

3.1 高吸水保水复合材料的制备

3.1.1 主要原料

3.1.2 主要仪器设备

3.1.3 复合材料的制备

3.1.4 实验设计

3.2 高吸水保水复合材料的性能测试

3.2.1 复合材料吸水性能的测试

3.2.2 复合材料保水性能的测试

3.2.3 复合材料凝胶强度的测试

3.2.4 复合材料重复使用性能的测试

3.3 高吸水保水复合材料的结构表征

3.3.1 X衍射(XRD)分析

3.3.2 红外光谱(IR)分析

3.3.3 环境扫描电子显微镜(ESEM)分析

第四章 实验结果与讨论

4.1 各主要因素对复合材料吸水性能的影响

4.1.1 正交实验结果

4.1.2 丙烯酰胺用量对复合材料吸水性能的影响

4.1.3 引发剂用量对复合材料吸水性能的影响

4.1.4 交联剂用量对复合材料吸水性能的影响

4.1.5 中和度对复合材料吸水性能的影响

4.1.6 煅烧高岭土添加量对复合材料吸水性能的影响

4.1.7 煅烧高岭土添加量对产品原料成本的影响

4.2 矿物添加量对复合材料保水性能的影响

4.2.1 离心保水法

4.2.2 高温保水法

4.3 矿物添加量对复合材料凝胶强度的影响

4.4 矿物添加量对复合材料重复使用性能的影响

4.5 矿物添加量对复合材料综合性能的评价

4.6 复合材料结构表征的结果与分析

4.6.1 XRD结果与分析

4.6.2 IR结果与分析

4.6.3 ESEM结果与分析

4.7 本章小结

第五章 复合材料吸水机理初探

5.1 离子网络结构理论

5.2 FLORY公式

5.3 溶胀理论

5.4 复合材料的吸水机理

5.5 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

发布时间: 2007-01-12

参考文献

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