瓜尔胶接枝丙烯酸高吸水树脂的合成及应用

摘要

水是生命之源，人类和其他生物离不开水，在水资源日益短缺的今天，高效利用水资源迫在眉睫。高吸水树脂(Superabsorbent Polymer,SAP)又称土壤保水剂是一种含有亲水基团的新型高分子网状聚合物材料，它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的水分，并能保持住水，而且具有反复吸水功能。吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分供作物吸收利用，从而增强土壤保水性，改良土壤结构，减少水的深层渗漏和土壤养分流失，提高水资源利用率。这一技术的引入必将给治理水土流失增添新的活力! 论文将亲水性天然高分子瓜尔胶应用到高吸水树脂的开发研究中，合成了瓜尔胶接枝丙烯酸高吸水树脂(Guar-Gum Graft Acrylic Superabsorbent，GSA)，讨论了制备工艺、引发剂用量、交联剂用量、总单体浓度、中和度、温度以及瓜尔胶加入量等因素对高吸水树脂吸液性能的影响规律；得到在试验体系下的最佳工艺参数：丙稀酸20g，瓜尔胶0.05g，中和度80％，总单体浓度15％，引发剂过硫酸铵0.05g，温度80℃，在此条件下，所得树脂吸去离子水2240g/g，吸0.9％NaCl溶液量160g/g。通过调整瓜尔胶的用量也可以得到吸水性能不同的高吸水树脂，可根据实际应用和成本需要适当调整，最终制得应用更加广泛的高吸水树脂。 论文对树脂综合性能(吸液速度、吸液能力、保水能力、耐盐性等)进行测试和比较。比较结果表明非离子型亲水单体瓜尔胶的引入对提高离子型吸水树脂的吸液速度、耐盐性能、吸液能力均有很大帮助。 论文将GSA高吸水树脂应用到改善赤红壤性能中，其保水性能的研究结果表明高吸水树脂吸水后在土壤中具有膨胀效应，膨胀程度的大小取决于吸水倍率的大小，这种膨胀效应使得土壤容重明显降低非常有利于改善土壤紧实度，调节土壤透气性、以及土壤自身的水、气、热等的分布，为农作物的生长提供了有利环境。吸水性树脂的施用对水分的抑制蒸发作用明显，树脂在重复干燥4次后其吸水率仍有首次使用的75％，由此说明土壤保水剂具有良好的再生性能。 最后讨论了高吸水树脂的生物降解特性，瓜尔胶接枝丙烯酸高吸水树脂(GSA)，利用了天然多糖高分子瓜尔胶的可生物降解性能利用其制造可降解树脂，实验结果表明其具有生物可降解性能。这对于越来越受到关注的环保型材料的开发研究，减轻环境污染的压力，有极其重要的意义。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1高吸水性树脂在国内外的发展与应用

1.1.1高吸水树脂在国外的发展

1.1.2高吸水树脂在国内的发展

1.1.3高吸水树脂的应用

1.2高吸水性树脂的吸水机理

1.3高吸水性树脂的分类与合成方法

1.3.1高吸水树脂的分类

1.3.2合成吸水树脂的基本途径

1.4高吸水树脂的特性

1.4.1吸水性

1.4.2凝胶强度

1.4.3吸液速度

1.4.4热稳定性

1.4.5增稠性

1.5瓜尔胶概述

1.5.1瓜尔胶的来源

1.5.2瓜尔胶的结构

1.5.3瓜尔胶的理化性能

1.6本论文的研究内容及创新点

1.6.1创新与发展

1.6.2研究内容

第二章瓜尔胶接枝丙烯酸高吸水树脂GSA的制备

2.1前言

2.1.1天然高分子材料的接枝共聚及性质

2.1.2瓜尔胶的接枝共聚机理

2.2材料与方法

2.2.1实验原料与试剂

2.2.2主要实验仪器

2.2.3高吸水树脂的制备

2.2.4聚合物的纯化

2.3结果与讨论

2.3.1制备过程的优化

2.3.2引发体系的选择

2.3.3交联剂

2.3.4单体浓度的影响

2.3.5反应温度的影响

2.3.6丙烯酸中和度的影响

2.3.7瓜尔胶加入量的影响

2.3.8三元接枝共聚高吸水树脂

2.4高吸水树脂的表征与分析

2.4.1红外光谱分析

2.4.2热重分析

2.4.3扫描电镜

2.5本章小结

第三章GSA高吸水树脂性能测试

3.1前言

3.2实验材料与测试方法

3.2.1实验原料与试剂

3.2.2实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1吸液速率

3.3.2树脂的耐盐性能

3.3.3 pH值的影响

3.3.4不同粒径高吸水树脂对吸液速率的影响

3.3.5树脂的自然保水能力

3.4本章小结

第四章高吸水性树脂改良赤红壤的应用

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1实验土壤

4.2.2实验土样预处理

4.2.3实验土样改良处理

4.3结果与讨论

4.3.1高吸水树脂对土壤的膨胀作用

4.3.2超强吸水剂的吸水与保水作用

4.3.3树脂的抑制蒸发作用

4.3.4树脂与土壤混合后的再生性能

4.3.5树脂的可生物降解性

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见