高防潮性和耐盐性高吸水性树脂的合成与性能研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:MR65445
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高吸水树脂是一种三维网络结构的聚合物,因其优良的吸液和保水性能被广泛应用于食品工业、污水处理、药物输送、卫生产品、农业和园林等领域。目前大部分超吸水树脂都是由丙烯酸原料合成而成,这些高吸水树脂存在制造成本高、耐盐性及防潮性能差等问题,极大地限制了超吸水树脂的应用、储存和运输。腐殖酸钠是遍布于自然界的有机物质,含有羟基、醌基、羧基等较多的活性基团,具备很大的内表面积,有较强的吸附、互换、络合本领,而且具备一定的防潮能力。壳聚糖是原生态的多糖聚合物,可促进树脂的降解。聚乙烯醇是水溶性的合成聚合物,具有优良的物理性质、耐化学性和生物降解性。硅藻土是一种无机黏土材料,具有多孔结构、低密度和高表面积等特性。在高吸水树脂乙烯基单体基础上引入四种不同类型的物质(腐殖酸钠、聚乙烯醇、壳聚糖和硅藻土),通过在吸水树脂体系中构建单层网络结构、互穿网络结构和有机/无机复合网络结构提高吸水树脂吸水、吸盐水倍率,同时不影响吸水树脂的防潮性能。本论文以丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体分别结合腐殖酸钠(SH)、聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CTS)和硅藻土(DT)制备三种类型的树脂:SH/AA/AMPS单层网络结构、PVA/CTS/P(AA-AMPS)穿插层结构、和PVA/DT/P(AA-AMPS)有机/无机复合型的高吸水树脂。本论文的主要研究内容由以下三部分组成:(1)SH/AA/AMPS单层网络结构型吸水树脂的制备与性能研究:在水溶液法中,以丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,结合腐殖酸钠,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,制备出高吸水树脂。通过对树脂合成条件分析,获得的最佳制备条件为:丙烯酸中和度为60%,聚合温度为70℃,引发剂用量为1.3%,交联剂用量为0.7%,腐殖酸钠用量为0.9%。在该条件下获得的吸水树脂在蒸馏水和0.9wt%NaCl,溶/液中的吸液倍率分别为1380g/g和117g/g。与未加SH的树脂相比,该树脂在空气中的吸湿程度降低了8wt%,同时在NaCl、CaCl2和FeCl3盐溶液中的耐盐性也得到提高。(2)PVA/CTS/P(AA-AMPS)穿插层结构型树脂的制备与性能研究:在水溶液法中,以丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,结合天然聚合物壳聚糖和合成聚合物聚乙烯醇,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,制备出互穿网络结合高吸水树脂。树脂的最佳制备条件为:引发剂用量为1.3%,交联剂用量为1%,壳聚糖用量为0.9%,聚乙烯醇用量为0.6%,反应温度为70℃。在该条件下得到的吸水树脂在蒸馏水和0.9wt%NaCl溶液中的吸液倍率分别为1800g/g和110g/g。在防潮性能方面,互穿网络结构的吸水树脂的吸湿性低于单层网络的10-30倍。通过对不同阳离子盐溶液吸液倍率的考察(NaCl、CaCl2、FeCl3),可以看出互穿网络结构的吸水树脂具有更好的耐盐性能。(3)PVA/DT/P(AA-AMPS)有机/无机复合型的高吸水树脂的制备与性能研究:在水溶液法中,以丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,结合合成聚合物聚乙烯醇和无机黏土矿硅藻土,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,制备出有机/无机复合型的高吸水树脂。树脂的最佳合成条件为:引发剂用量为1.2%,交联剂用量为1%,AMPS用量为25%,硅藻土用量为0.6%,反应温度为70℃。在该条件下得到的吸水树脂在蒸馏水和0.9wt%NaCl溶液中的吸液倍率分别为1574g/g和101g/g。在防潮性能方面,有机/无机复合型的高吸水树脂的吸湿性低于纯有机类型的30-40倍。通过对不同阳离子盐溶液吸液倍率的考察(NaCl、CaCl2、FeCl3),可以看出有有机/无机复合型的高吸水树脂具有更好的耐盐性能。(4)对SH/AA/AMPS单层网络结构、PVA/CTS/P(AA-AMPS)穿插层结构、和PVA/DT/P(AA-AMPS)有机/无机复合型的高吸水树脂进行比较发现,三种类型树脂都具有较好的吸液能力,单层网络和互穿网络结构的吸水树脂在防潮和耐盐性能方面比较接近,无机/有型复合型吸水树脂在防潮和耐盐方面要优于单层网络和互穿网络结构树脂,主要是因为有机无机材料的协同作用。
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