有机无机复合环境友好型可降解高吸水树脂的制备及性能研究

摘要

高吸水树脂是有着快速、高效吸水能力的聚合物，相比于传统海绵和纸张的物理性吸水，它通过化学键结合吸收并固定水分子，使之具备更好的保水性能，在医疗卫生、农林业和环境保护等行业有着广泛的应用。由于传统的高吸水树脂是聚丙烯腈、聚丙烯酸或者聚丙烯酰胺类型的，这种吸水、保水性能优良的聚合物存在着难以降解的问题。目前，由于不可降解高吸水树脂的大范围使用，因其造成的环境问题也越来越严重，有发展成为下一个“白色污染”的趋势，让高吸水树脂能够降解或者提高目前存在的低降解率高吸水树脂的降解效率成为重要的研究方向。淀粉等天然高分子及其衍生物的引入让高吸水树脂具备了可降解能力，并降低了产品的毒性，但由淀粉等天然高分子及其衍生物接枝制备的高吸水树脂存在降解程度不高，有残留物等缺点。一些具有特殊性能的无机物可以改善这种情况，例如加入光降解性能良好的纳米TiO2，制备出有机/无机复合型可降解高吸水树脂，可增加树脂的光降解性能，减少其降解残留。
　　本文以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）为单体原料，以天然高分子及其衍生物作为聚合物主链，将聚丙烯酸和聚丙烯酰胺接枝到主链上，添加交联剂使之形成三维网状结构，再加入硅烷偶联剂改性的纳米二氧化钛作为无机成分合成有机/无机复合型光/生双降解材料。本论文研究内容主要由以下几部分组成：
　　（1）以钛酸四丁酯为钛源，水热法合成纳米二氧化钛颗粒，并通过对各个参数的研究选出高光降解效率的锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒的制备方案，再用硅烷偶联剂（KH570）对纳米二氧化钛颗粒进行有机化改性，使亲水的纳米二氧化钛具备亲油性能，具有与高分子基高吸水树脂结合的能力；
　　（2）以AA、AM和羧甲基纤维素（CMC）为原料，以过硫酸钾（K2S2O8）为引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）作为交联剂，环己烷为油相分散介质，Span80作为分散剂，添加经硅烷偶联剂改性的纳米二氧化钛颗粒，采用反相悬浮聚合法制备光/生双降解高吸水树脂。确定在引发剂含量为0.85％，交联剂含量为0.08%，油水比为4:1时，高吸水树脂的吸液倍率达到最佳，在对所选条件下制备的高吸水树脂降解性能测试中发现，该高吸水树脂在土壤中98d降解率能达到28.72%，在紫外光照射下48h可以降解27.78%，显示着这种高吸水树脂在土壤或者光照环境下均优良的降解能力；
　　（3）以AA、AM和壳聚糖（CTS）为原料，采用反相悬浮聚合法制备光/生双降解高吸水树脂。通过正交试验设计，选用L16（45）正交表，探讨了引发剂占单体比、交联剂占单体比、中和度、丙烯酸与丙烯酰胺质量比和温度这五个因素对高吸水树脂吸液倍率的影响，在引发剂占单体比为0.85%、交联剂占单体比为0.12%、中和度为70%、丙烯酸与丙烯酰胺质量比为5:1、温度为75℃时，所制备的复合型可降解高吸水树脂的吸蒸馏水倍率最高，为1747g/g。该高吸水树脂在土壤环境中98d降解率可达到35.60%，在紫外光照射下具有良好的降解能力，48h复合型高吸水树脂可降解28.76%。

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