SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂制备及性能研究

摘要

在核退役和各种核应急事故响应中，去除放射性核素污染是关键问题。去污的技术大类可分为物理法和化学法。目前可剥离膜去污和自脆型去污由于其易操作性、适用性较广、产生废物后处理简单等优点逐步成为表面放射性去污的研究热点。但是在实际应用中，自脆型去污剂会产生氨气造成环境不友好性问题，为了改善这个问题，本论文通过共混法和原位聚合制备了系列SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂，并对其性能进行了研究。采用共混法制备SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂方面。基于乳液聚合法制备甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸无规共聚物〔P(MMA-co-MAA)〕乳液，通过加入经硅烷偶联剂KH560改性的二氧化硅粉体，采用高剪切共混方式制备具有自脆裂剥离性能和去污性能的SiO2/P(MMA-co-MAA)去污剂。采用红外光谱(FTIR)、热重(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对复合乳液的结构和性能进行了表征及分析， 探讨了二氧化硅含量、涂膜厚度、基材类型对去污剂自脆化形貌影响。结果表明，加入改性纳米SiO2使得P(MMA-co-MAA)的聚集态结构发生了改变，使得P(MMAco-MAA)乳液自脆化形貌发生变化。主要表现为： 随着纳米SiO2含量的增加，脆片有变大的趋势，同时，脆片收缩卷曲更加明显，提高了P(MMAco-MAA)的自脆裂剥离性能。这种性能在去除设备表面的放射性污染的废物机械回收中更具备优势；同时，脆片的尺寸随着二氧化硅含量和涂膜厚度的增加而增加；去污剂在不同类型的基材表面的自脆化形貌也不同，总体上对表面松散型放射性污染物去污率达到了97%以上。 通过原位聚合制备SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂方面。用硅烷偶联剂KH570改性的二氧化硅与甲基丙烯酸甲酯单体(MMA)、甲基丙烯酸单体（MAA） 通过原位乳液聚合法制备SiO2/P(MMA-co-MAA)复合乳液。以复合乳液为基体，通过加入氢氧化钠溶液调节粘度，得到了一种自脆型的去污剂。用FTIR、TEM对复合乳液的结构进行表征，结果表明改性的二氧化硅与单体发生了反应且乳胶粒子形成了以二氧化硅为核， 以P(MMA-co-MAA)为壳的核-壳结构；XRD分析表明二氧化硅的添加使得复合体系的结晶性降低；SEM和AFM测试表明二氧化硅使得涂膜的粗糙度增加，会对涂膜的自脆化性能产生影响。讨论了单体比例、二氧化硅用量、基材类型对脆化形貌的影响，结果发现，脆片的尺寸随着m(MMA)∶m(MAA)的比例而改变，当m(MMA)∶m(MAA)=5∶1时，去污剂的自脆化剥离性能较好且脆化后的脆片的大小更有利于机械的收集；随着纳米二氧化硅含量的增加脆片尺寸逐渐变大；去污剂在玻璃、聚氨酯材质桌面、不锈钢基材表面均能发生自脆裂剥离。去污剂在玻璃、聚氨酯材质桌面、不锈钢等基材表面对松散型放射性污染去污率在97%以上。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 物理去污技术

1.2.1 压力水去污

1.2.2 干冰喷射去污

1.2.3 激光去污

1.3 化学去污技术

1.3.1 泡沫去污

1.3.2 化学凝胶去污

1.3.3 电化学去污法

1.3.4 可剥离膜去污法

1.3.5 自脆型去污法

1.4 纳米二氧化硅的改性研究

1.4.1 物理改性

1.4.2 化学改性

1.5 SiO2/聚合物复合乳液制备的研究现状

1.5.1 共混法

1.5.2 原位乳液聚合法制备复合乳液

1.5.3 纳米二氧化硅在涂料中的应用

1.6 课题研究意义及研究内容

1.6.1 本课题研究意义

1.6.2 研究内容

2 共混法制备SiO2/P(MMA-co-MAA)去污剂及性能研究

2.1 主要原材料及仪器设备

2.2 SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂制备工艺

2.2.1 P(MMA-co-MAA) 乳液的合成

2.2.2 共混制备SiO2/P(MMA-co-MAA) 去污剂

2.2.3 自脆裂剥离涂膜的制备

2.3 表征方法

2.3.1 红外光谱

2.3.2 X射线衍射

2.3.3 扫描电镜(SEM)

2.3.4 热重(TG)

2.3.5 黏度和接触角测试

2.3.6 脆化观察

2.3.7 去污性能测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 红外光谱图和XRD分析

2.4.2 热重分析

2.4.3 SiO2含量对乳液黏度和脆片接触角的影响

2.4.4 不同SiO2含量的复配物脆片SEM分析

2.4.5 去污剂自脆化形貌影响因素分析

2.4.6 脆化机理分析

2.4.7 去污性能分析

2.5 本章小结

3 原位乳液聚合制备SiO2/P(MMA-co-MAA)去污剂及性能研究

3.1 主要原材料及仪器设备

3.2 SiO2/P(MMA-co-MAA)复合乳液的合成

3.2.1纳米SiO2粉体改性

3.2.2 SiO2/P(MMA-co-MAA)复合乳液的制备

3.2 3 SiO2/P(MMA-co-MAA)自脆型去污剂的制备

3.4 表征方法

3.4.1 凝胶率测定

3.4.2 FTIR测试

3.4.3 透射电镜测试

3.4.4 XRD测试

3.4.5 热分析测试

3.4.6 SEM测试

3.4.7 AFM测试

3.4.8 脆化观察

3.4.9 去污性能测试

3.5 结果与讨论

3.5.1 SiO2/P(MMA-co-MAA)复合乳液结构及性能表征

3.5.2 去污剂脆化形貌影响因素分析

3.5.3 去污性能分析

二氧化硅含量为0.5%时去污剂在玻璃、聚氨酯材质桌面及不锈钢等基材表面的去污效果测试结果如表3-5所

3.6 本章小结

结 论

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果