木质素基丙烯酸系吸水树脂的超声合成及性能研究

摘要

随着社会经济的发展，人们对于吸水材料的需求也越来越高。传统的吸水材料如卫生纸，棉球等已经无法跟上人们的需求。高吸水树脂在20世纪60年代初诞以来，受到了研究人士的广泛关注。从那时起，对于高吸水树脂的改性工作在不断发展，从最初的丙烯腈接枝淀粉到后来的丙烯酸系高吸水树脂大行其道。吸水性能上的提升和材料低廉，安全无害带来的应用范围的拓广一直是研究人员努力的方向。在本文中，我们的研究内容如下:
　　(1)在第一章中，我们以木素磺酸钠、丙烯基羧酸、丙烯基酰胺为原料，无机添加剂选定为氧化石墨，引发剂选择了过硫酸铵，采用N，N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，采用超声合成制备了石墨烯/木质素磺酸钠接枝丙烯酸-丙烯酰胺的有机-无机复合高吸水树脂，用红外光谱，扫描电镜，对树脂结构进行了表征;并对它的吸水等性能进行了研究。以蒸馏水和0.9％ NaCl溶液中的平衡吸水倍率为评价参数得到了最佳合成配比:AM/AA=0.06，中和度为75％，引发剂过硫酸铵(NPS)用量为0.145g，交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)用量为0.0116g，木质素磺酸钠(LS)用量为0.1g，氧化石墨(GO)最佳用量为0.01g。最优配比下的平衡吸蒸馏水倍率为562g/g，平衡吸0.9％盐水倍率为62g/g。
　　同时测试了树脂在不同pH值溶液和不同温度下的吸水能力，吸水速率与时间的关系。得出树脂在酸性条件下吸水倍率很小，随碱性的增强树脂的吸水倍率逐渐减小;但酸性条件下远不如碱性条件下的的吸水能力。在温度为30℃时的吸水倍率最大，吸水速率随时间增加减慢。
　　(2)在第二章中，我们利用了一种新的方法（超声合成法）合成了木质素磺酸钠接枝的聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水树脂(SL-P(AA-co-AM))，并通过FTIR(Fourier transform infraredspectroscopy)，电镜(scanning electron microscopy， SEM)和热重/差热（thermogravimetry/differential scanning calorimetry，TG/DSC）等方法证明了接枝反应已经成功完成。SL-P(AA-co-AM)的合成条件通过L16(4)5正交试验进行优化。在最佳条件下，最大吸水率(1350g·g-1)和最大吸盐水率(96g·g-1)得以达成。调整pH或者是金属离子的存在会对SL-P(AA-co-AM)的吸水率有负面的影响，但是提高温度却能提高吸水率。同时我们也对SL-P(AA-co-AM)的吸水特性进行了研究，结论显示水在树脂中的扩散是非-菲克扩散，并且溶胀过程符合Schott模型。此外，SL-P(AA-co-AM)的吸水率和吸盐水率相对于普通的聚丙烯酸-丙烯酰胺树脂有了明显的提升。
　　(3)在第三章中，我们将一种高效便捷的方法（超声合成法）应用在了绿色环保的木质素磺酸钠接枝的聚丙烯酸-聚乙烯醇高吸水树脂(SL-P(AA-co-VA))。通过FTIR(Fouriertransform infrared spectroscopy)，电镜(scanning electron microscopy，SEM)和热重/差热（thermogravimetry/differential scanning calorimetry，TG/DSC）等方法我们确认了接枝反应已经顺利完成。我们继续使用L16(4)5正交试验来优化SL-P(AA-co-VA)盼合成条件。在最优条件下，SL-P(AA-co-VA)的最大吸水率是949 g·g-1，最大吸盐水率是62g·g-1。调整pH会降低SL-P(AA-co-VA)的吸水量，金属离子的存在也能导致同样的结果。然而，温度的改变对于这种吸水性能的影响并不大。总的来说，SL-P(AA-co-VA)的吸水和吸盐水能力相较普通的聚丙烯酸-聚乙烯醇树脂有了较明显的提高。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 高吸水树脂概述

1．2 高吸水树脂的分类

1．2．1 淀粉类

1．2．2 纤维素类

1．2．3 有机-无机复合反应型高吸水树脂

1．3 高吸水树脂的内部吸水结构及主流吸水理论

1．3．1 Flory-Huggins热力学理论

1．3．2 溶液热力学理论

1．4 国内与国外研究高吸水树脂的近况

1．4．1 国外高吸水树脂的发展近况

1．4．2 国内高吸水树脂的发展近况

1．5 高吸水树脂的应用

1．5．1 医药卫生方面的应用

1．5．2 农林园艺方面的应用

1．5．3 建筑材料方面的应用

1．5．4 工业中的应用

1．5．5 人工智能材料方面的应用

1．5．6 其他方面的应用

1．6 高吸水树脂的合成原理及合成方法

1．6．1 合成原理

1．6．2 合成方法

1．7 高吸水树脂的改性

第二章 木质素及木质素磺酸盐概述

2．1 木质素概述

2．1．1 木质素的结构

2．1．2 木质素的理化性质

2．1．3 木质素的制备

2．2 木质素磺酸盐概述

2．2．1 木质素磺酸盐的结构

2．2．2 木质素磺酸盐的性质

2．2．3 木质素磺酸盐的应用

2．3 研究内容与意义

第三章 木质素基有机-无机复合吸水树脂的超声合成及性能研究

3．1 试剂与原料

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 吸水树脂的合成与表征

3．2．1 实验设计

3．2．2 吸水树脂样品的合成

3．2．3 吸水树脂样品的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 实验结果及分析

3．3．2 红外(FTIR)分析

3．3．3 电镜(SEM)分析

3．4 吸水性能影响分析

3．4．1 pH对吸水倍率的影响

3．4．2 温度对吸水倍率的影响

3．4．3 吸水树脂的溶胀模型讨论

3．5 本章小结

第四章 木质素基丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的超声合成及性能研究

4．1 试剂与原料

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验仪器

4．2 吸水树脂的合成与表征

4．2．1 正交试验的设计

4．2．2 吸水树脂样品的合成

4．2．3 吸水树脂样品的性能和形貌表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 正交试验结果与分析

4．3．2 红外(FTIR)分析

4．3．3 热重／差热(TG／DSC)分析

4．3．4 电镜(SEM)分析

4．4 吸水性能影响分析

4．4．1 pH对吸水倍率的影响

4．4．2 离子浓度对吸水倍率的影响

4．4．3 温度对吸水倍率的影响

4．4．4 吸水树脂的溶胀模型讨论

4．5 本章小结

第五章 木质素基丙烯酸-聚乙烯醇半互穿吸水树脂的超声合成及性能研究

5．1 试剂与原料

5．1．1 实验试剂

5．1．2 实验仪器

5．2 吸水树脂的合成与表征

5．2．1 正交试验的设计

5．2．2 吸水树脂样品的合成

5．2．3 吸水树脂样品的表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 正交试验结果及分析

5．3．2 红外(FTIR)分析

5．3．3 热重崖热(TG／DSC)分析

5．3．4 电镜(SEM)分析

5．4 吸水性能影响分析

5．4．1 pH对吸水倍率的影响

5．4．3 温度对吸水倍率的影响

5．4．4 吸水树脂的吸水能力

5．4．5 吸水树脂的保水能力

5．5 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录