高吸水树脂的合成及其在遇水膨胀橡胶中的应用

摘要

本论文研究制备遇水膨胀橡胶(WSR)专用丙烯酸系吸水树脂(SAP)和亲水聚氨酯树脂(WSPU);将疏水性极性较小的单体丙烯酸丁酯引入SAP的分子链中，增加和天然橡胶的相容性;研究合成P-3000/P-4000体系、PEG2000/P-3000体系、P-3000/P-4000/TMP体系三种WSPU，考查吸水树脂和亲水聚氨酯在NR基遇水膨胀橡胶中单用及并用对性能的影响。
　　(1)采用水溶液聚合法，以丙烯酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯，丙烯酸丁酯为单体，四元共聚合成高吸水树脂。分子链中具有离子型和非离子型亲水基团，吸水树脂中亲水基团的多样化将使发挥不同基团之间的相互协同作用，提高树脂的吸水能力和耐盐性，提高吸水树脂的使用价值;考查单体用量，丙烯酸中和度，引发剂和交联剂用量，聚合温度对高吸水树脂吸水倍率的影响，选择最佳配比。
　　(2)采用预聚物法，通过调节多元醇配比，硬段组份及含量，扩链系数，合成P-3000/P-4000体系、PEG2000/P-3000体系、P-3000/P-4000/TMP体系亲水聚氨酯(WSPU)，使得三种体系WSPU的吸水性能和力学性能综合性能较好，将合成的WSPU添加到NR基遇水膨胀橡胶中，考查三种WSPU的用量对NR基遇水膨胀橡胶吸水倍率，力学性能反复使用性能的影响。
　　(3)将自制的吸水树脂和市售的聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺添加到NR基遇水膨胀橡胶中做对比实验;结果表明使用自制吸水树脂制备的WSR的吸水倍率相对较低，但质量损失率较小，拉伸强度，撕裂强度要优于市售的吸水树脂制备的WSR。
　　(4)改变自制吸水树脂中单体丙烯酸丁酯用量，考查丙烯酸丁酯用量对WSR吸水性能和力学性能的影响。实验结果表明随着丙烯酸丁酯用量的增加，该WSR的平衡吸水倍率降低，吸水速率变慢，质量损失率降低，力学性能有增加的趋势这与丙烯酸丁酯的疏水性有关。极性减少和天然胶的相容性变强，使得吸水树脂和橡胶间的相容性改善，吸水膨胀过程中析出减少质量损失率降低，力学性能变好。
　　(5)在添加自制SAP的WSR中，考查WSPU体系的加入对WSR性能的影响，实验结果表明，适量添加三种亲水聚氨酯均能改善吸水树脂和橡胶间的相容性，减少质量损失率;随着添加三种吸水聚氨酯，在一定范围内随着用量的增多膨胀倍率均出现增大的趋势;添加P-3000/P-4000体系WSPU的吸水膨胀倍率较高，吸水倍率增加较快;添加PEG2000/P-3000体系WSPU的力学性能较好;添加P-3000/P-4000/TMP体系WSPU的WSR的质量损失率最低。

目录

摘要

符号说明

前言

第一章 文献综述

1 遇水膨胀橡胶(WSR)的发展

1．1 WSR的吸水机理

1．2 亲水性材料的类型和特点

1．3 本研究中WSR主体材料的选择

2 高吸水树脂的发展

2．1 高吸水树脂的吸水机理及吸水结构，动力学热力学研究

2．2 高吸水性树脂的分类

2．3 高吸水树脂聚合方法

2．4 高吸水树脂研究中存在的问题及国内外最新研究热点

2．5 本研究用高吸水树脂的原料选择及工艺

3 亲水聚氨酯树脂的发展

3．1 聚氨酯型遇水膨胀橡胶的优点

3．2 亲水聚氨酯树脂的吸水机理

3．3 浇注型聚氨酯合成工艺

3．4 本研究中亲水聚氨酯原料和工艺的选择

4 遇水膨胀橡胶制备方法

4．1 物理方法

4．2 化学接枝法

4．3 本研究制备方法的选择

5 本课题选题的目的及意义

第二章 实验部分

1 主要原料

2 实验设备与仪器

3 基本工艺与实验方法

3．1 高吸水树脂的制备

3．2 吸水聚氨酯的制备

3．3 遇水膨胀橡胶的制备

4 性能测试

4．1 红外光谱分析

4．2 硫化曲线测试

4．3 常规性能测试

4．4 吸水性能

4．5 断面分析

第三章 结果与讨论

一 丙烯酸系高吸水树脂(SAP)的制备

1 丙烯酸系高吸水树脂的结构及表征

2 合成SAP的影响因素

3 本章小结

二 吸水聚氨酯树脂(WSPU)的制备

1 硬段对WSPU性能的影响

2 P-3000／P-4000体系WSPU的合成

3 PEG2000／P-3000体系WSPU的合成

4 P-3000／P-4000／TMP体系WSPU的合成

5 三种WSPU制备的NR基WSR的性能对比

6 小结

三 SAP和WSPU在NR基WSR中的应用

1 SAP单用对NR基WSR性能的影响

2 WSPU和SAP在NR基WSR中并用

3 白炭黑和硫磺用量对WSR性能的影响

4 小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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