丙烯酸-丙烯酰胺共聚纤维及其吸水性能研究

摘要

本文在较全面分析高吸水纤维特征及吸水机理、类型及制备方法、应用及发展趋势的基础上，以含亲水性基团的丙烯酸、丙烯酰胺为单体，含活性反应基团的不饱和单体为潜交联剂合成线性成纤聚合物，并采用先纺丝成形而后交联的方法，制备出具有较高吸水保水性能的丙烯酸-丙烯酰胺共聚物纤维。研究了潜交联剂种类、潜交联剂用量、交联温度及交联时间等因素对交联后丙烯酸-丙烯酰胺共聚物吸水性能的影响，结果表明，以含有活性羟基且具有不饱和双键的丙烯酸-2-羟丙酯为潜交联剂，其用量为单体质量1wt％，在140℃下交联30min所得丙烯酸-丙烯酰胺共聚物交联结构较为完善，饱和吸水率可达400g/g，饱和吸盐水率可达60g/g。以过硫酸钾(KPS)为引发剂、丙烯酸-2-羟丙酯(HQ)为潜交联剂、经球磨处理的酸活化海泡石为填料，采用水溶液聚合填充法制备海泡石填充丙烯酸-丙烯酰胺共聚物(PAAMx)，并经后交联处理赋予其交联结构。研究了KPS用量、AA中和度及海泡石用量对聚合反应动力学的影响，并讨论了海泡石用量、交联温度和交联时间对CPAAMx吸水性能的影响。结果表明，本研究范围内的最佳聚合条件是：KPS用量为0.5wt％，AA中和度为60％，海泡石用量为5wt％；最佳交联条件为：交联温度为140℃，交联时间为30min。 对丙烯酸-丙烯酰胺共聚物(PAAM)水溶液的流变行为进行拟合分析发现，PAAM水溶液的流变行为符合符合Ostwald-deWale幂律方程，粘均分子量和测试温度均对PAAM水溶液的流变行为有较大影响。随PAAM粘均分子量增大，溶液的表观粘度增大，非牛顿流动性突出；随测试温度升高，溶液的表观粘度降低，非牛顿流动性突出。 对海泡石改性PAAM悬浊液(PAAMx悬浊液)的流变行为进行拟合分析发现，当海泡石用量较小时，PAAMx悬浊液的流变行为符合Ostwald-deWale幂律方程；当海泡石用量较大时，PAAMx悬浊液的流变行为符合Hersche-Bulkley流动模型。海泡石用量和PAAMx悬浊液的浓度对悬浊液的流变行为均有一定影响。随海泡石用量增大，PAAMx悬浊液的表观粘度下降，其非牛顿流动性更为显著；随PAAMx悬浊液的浓度增大，其表观粘度增大，非牛顿性也明显增大。 以KPS为引发剂、HQ为潜交联剂、经球磨处理的酸活化海泡石为填料，采用水溶液聚合填充法制备PAAMx悬浊液，以丙酮为凝固剂，经湿法纺丝成形制备交联PAAMx纤维(CPAAMx纤维)。研究了海泡石对纤维形貌、化学结构、动态力学性能、热稳定性以及纤维吸水动力学的影响，结果表明，CPAAM纤维经海泡石填充改性后，其结构疏松，存在分布较均匀的微孔结构，热稳定性、断裂强度和吸水性能均得到提高，同时化学交联结构的缺陷得到补偿，凝胶分率增大。 以KPS为引发剂、N'-羟甲基丙烯酰胺(HO)为潜交联剂、聚乙烯醇(PVA)为共混聚合物，采用水溶液聚合法制备PVA-PAAM共混物，以丙酮为凝固剂，经湿法纺丝成形制备具备交联结构的PVA-CPAAM共混纤维；以PVA与PAAM直接共混制备PVA-PAAM*共混纤维。研究了PVA对纤维形貌、化学结构、动态力学性能、热稳定性以及纤维的吸水动力学的影响，结果表明，所得纤维结构致密，PVA均匀分散在PAAM基体中，相畴尺寸约0.6μm～2.5μm；共混后两者的聚集态结构均发生变化，从而影响了其大分子的链段运动；热交联处理使大分子链间形成稳定的化学交联结构，纤维的饱和吸水率随交联温度升高、交联时间延长呈明显下降趋势；纤维的保水率均超过70％，达到使用要求；各项力学性能指标能够满足非织造布的加工要求。 使用脂肪醇采用物理方法对丙烯酸-丙烯酰胺共聚纤维进行改性，制备脂肪醇改性丙烯酸-丙烯酰胺共聚纤维；研究了脂肪醇的碳链长度、改性溶液中异丙醇与水的混合体积比以及改性时间等因素对纤维吸水性能的影响。结果表明，当改性溶液中异丙醇与水的混合体积比为1/1、改性时间为1～6min时，正辛醇改性丙烯酸-丙烯酰胺共聚纤维的吸水性能得到较大改善。

目录

文摘

英文文摘

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学位论文的主要创新点

第一章前言

第二章后交联型CPAAM研究

第三章海泡石填充CPAAM研究

第四章海泡石填充CPAAM纤维研究

第五章PVA-CPAAM共混纤维研究

第六章脂肪醇改性CPAAM纤维研究

第七章全文结论

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

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