淀粉—丙烯酸—丙烯酰胺复合高吸水树脂的制备与性能

摘要

高吸水树脂作为一种新型高分子材料，拥有强大的吸水能力和保水能力以及广阔的运用空间。
　　本文以淀粉、丙烯酸及丙烯酰胺为原料，以过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，合成了高吸水树脂。考察了多种因素对树脂吸水性的影响，改进了合成方法，淀粉不经过预糊化处理直接与单体混合，聚合过程不使用氮气保护，简化了合成工艺，降低了生产成本;聚合时温度为75℃，聚合速率快，30 min左右聚合反应就能完成;产物吸水性能好，制备的产物产率为89.5％。通过单因素以及正交实验寻找最佳的物料比。结果表明当玉米淀粉0.5 g，丙烯酸5g，过硫酸钾0.01 g，N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.001 g，丙烯酸的中度和为75％时，树脂的吸水倍率都处于较高的水平;当丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1.5∶1，高吸水树脂的吸去离子水倍率为1013.1 g/g，吸生理盐水的倍率为89.3 g/g。本文改进了高吸水树脂的提纯工艺，通过对粗产物进行15 min的水浸预处理，提纯时间可由传统的8-48 h缩短至3-4 h，吸水树脂中残余丙烯酸单体含量和pH值降低至规定水平，大大提高提纯效率。
　　对产物进行综合性能分析，结果表明当玉米淀粉0.5g，丙烯酸5g，过硫酸钾0.01 g，N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.001 g，丙烯酸的中度和为75％，丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为2∶1时综合性能更优，吸水倍率为908.1g/g，吸生理盐水倍率为85 g/g，室温下在自然环境中和土壤中16d的保水率为分别为70％和71％，吸水饱和的凝胶在860Pa外加压强作用下12 h的保水率为71％，6次干燥吸水重复后其吸水能力为511.1g/g。对树脂不同吸水时间与吸水量关系的数据分析，拟合数据表明其关系为y=817.92-840.83exp(-x/4.88)，y表示吸去离子水量(g/g)，x表示吸水时间(min)，其吸水行为符合一级动力学模型。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 高吸水树脂简介

1．2 高吸水树脂的吸水和保水机理

1．2．1 高吸水树脂吸水热力学

1．2．2 高吸水树脂吸水动力学

1．3 高吸水树脂的应用

1．3．1 高吸水树脂在医药卫生方面的应用

1．3．2 高吸水树脂在农林园艺领域的应用

1．3．3 高吸水树腊在建筑的应用

1．3．4 高吸水树脂在其他方面的应用

1．4 高吸水树脂合成方法

1．4．1 反相悬浮聚合

1．4．2 反相乳液聚合

1．4．3 溶液聚合

1．4．4 三种合成方法的比较

1．5 高吸水树脂的特殊性

1．6 淀粉的性质

1．7 高吸水树脂的国内外发展以及研究现状

1．7．1 国外高吸水树脂发展和研究现状

1．7．2 国内高吸水树脂发展和研究现状

1．8 本课题研究背景和意义

第2章 高吸水树脂的制备及表征

2．1 实验仪器设备及试剂

2．1．1 主要实验仪器与设备

2．1．2 主要实验试剂

2．2 高吸水树脂的吸水能力检测方法

2．3 高吸水树脂产率的测定

2．4 合成方法

2．4．1 氮气保护对产物性能的影响

2．4．2 糊化过程对产物性能的影响

2．4．3 聚合温度对产物性能的影响

2．4．4 交联剂和引发剂添加方式对产物吸水能力的影响

2．5 产物的表征

2．5．1 产物红外表征

2．5．2 产物热重分析

2．5．3 产物扫描电镜分析

2．6 本章小结

第3章 高吸水树脂的制备工艺研究

3．1 实验仪器设备及试剂

3．2 物料用量对高吸水树脂吸水性能的影响

3．2．1 交联剂用量对产物吸水率的影响

3．2．2 引发剂用量对产物吸水率的影响

3．2．3 丙烯酰胺用量对产物吸水率的影响

3．2．4 丙烯酸中和度对产物吸水率的影响

3．2．5 淀粉用量对产物吸水率的影响

3．2．6 正交实验

3．3 高吸水树脂的提纯工艺研究

3．3．1 高吸水树脂中残留丙烯酸含量的测定

3．3．2 高吸水树脂pH的测定

3．3．3 传统提纯方式下丙烯酸含量和pH值与提纯时间的关系

3．3．4 水浸时间对残余丙烯酸含量和pH值的影响

3．3．5 不同的提纯时间对残余丙烯酸含量和pH值的影响

3．4 本章小结

第4章 高吸水树脂综合性能分析

4．1 主要的实验设备

4．2 高吸水树脂的综合性能指标

4．2．1 保水能力

4．2．2 重复使用性

4．2．3 吸水速率

4．3 高吸水树脂的保水性能分析

4．3．1 高吸水树脂在室温下的自然环境中保水性能分析

4．3．2 高吸水树脂在室温下的砂土中保水性能分析

4．3．3 高吸水树脂在室温下的加压保水性能分析

4．4 高吸水树脂的重复吸水性能分析

4．5 高吸水树脂的吸水速率分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢