论文部分内容阅读
自从1966年美国农业部北方研究所首次制备出淀粉接枝聚丙烯腈高吸水性树脂以来，各种新型的高吸水性树脂层出不穷。淀粉系高吸水树脂与当前主流产品丙烯酸类相比，由于其来源丰富，价格低廉，优异的吸水性能和保水性能，良好的加工性能，以及产品无污染，对环境友好，为其应用奠定了良好基础。我国淀粉资源十分丰富，为合成这类高吸水树脂提供了优越的条件。
本文选用可生物降解的淀粉为基本骨架，以丙烯酸、衣康酸为接枝聚合单体来合成高吸水性树脂。该工艺具有原料廉价易得、生产成本低、环境兼容性好、使用方便等优点，因而被广泛应用于众多领域。
在淀粉接枝共聚反应中，选用合适的引发剂至关重要。它不仅影响反应过程，同时还影响着产品的吸水性能产品的生产成本，因此，在前期研究中应该慎重地选择引发体系，通过比较，筛选出高效而价格较低的接枝引发剂，然后在此基础上，通过考察各聚合条件对吸水性能的影响，从而确定最佳的制备工艺。最后，在该产品应用于灭火方面也做了一些初步研究和探讨。
1．本文通过对过硫酸铵、高锰酸钾、硝酸铈铵(CAN)、CAN-S<,2>O<,8><'2->复合引发体系引发剂的对比实验，从中筛选出CAN-S<2,>O<,8><'2->复合引发体系引发剂，从引发条件，引发机理方面对CAN-S<,2>O<,8><'2->复合引发体系进行了较全面的研究和初步探讨。结果表明，该引发体的最佳引发条件是：最佳接枝引发温度为50℃；复合引发剂的最佳配比为：Ce<'4+>:S<,2>O<,8><'2->=1:6(摩尔比)，糊化后的淀粉加入引发剂先处理一段时间后，再加入单体反应的话，效果会更好，反应速度和产品吸水倍率均有所提高。
2．采用水溶液接枝共聚法，制备出淀粉接枝丙烯酸/衣康酸三元复合高吸水树脂，详细地讨论了糊化条件(糊化温度、时间、糊化比)、淀粉用量、混合单体配比、引发剂用量、交联剂用量、中和度以及后处理条件等因素对材料吸水性能的影响，确定最佳的工艺条件为，糊化条件：糊化温度为80℃，糊化比为1:10，糊化时间为30min，中和度为50％，丙烯酸与衣康酸单体质量之比为5:2，交联剂用量为0.075％,反应温度为50℃，Ce<'4+>-S<,2>O<,8><'2->复合引发剂用量为：Ce<'4+>浓度为4×10<'-3>mol/L，复合引发剂配比为1:6(摩尔比)，淀粉含量为20％，干燥方式为40℃下真空干燥。此条件下制得的产品吸蒸馏水和自来水倍率为1114g/g和342g/g。
3．吸水速率曲线和保水性能研究表明，该吸水树脂具有很快的吸水速率和较好的保水性能。
4．通过考察淀粉和衣康酸添加量对产品原料成本的影响发现：当淀粉和衣康酸的添加量分别达到20％和40％时，产品的性价比最高。此时产品吸1吨蒸馏水的原料成本达到最低25.22元，吸1吨的自来水的原料成本达到最低78.76元。当衣康酸或淀粉的添加量低于30～40％时，添加淀粉更经济一些，当含量高于这个值时，添加衣康酸更经济一些；在最佳工艺条件下制备的产品与纯吸水树脂相比，吸蒸馏水时产品原料成本降低了64.1％，吸自来水时产品原料成本降低了40.4％。
5．在三元接枝聚合的基础上，尝试向该体系中添加各种亲水性硅酸盐矿物，成功地制备出淀粉接枝矿物复合型高吸水性树脂，并讨论了矿物的种类及其添加量对产品吸水性能的影响。结果表明：在相同条件下，添加了蒙脱石的产品吸液倍率最高，吸蒸馏水倍率达867g/g，吸自来水倍率为226g/g，高岭土次之，硅灰石最低。以绢云母为例，在其它反应条件不变的情况下，考察矿物用量对高吸水复合材料吸水倍率的影响，适宜的绢云母添加量为15％，此时产品吸水倍率为503g/g，吸自来水倍率为132g/g。实验证明，加入绢云母之后，不仅可以降低成本，还可以避免合成操作中存在的粘壁现象，后处理困难等问题。而且，淀粉大分子的存在，增加了体系粘度，从而增强了矿物粉体的悬浮稳定性，有效避免了矿物复合高吸水树脂制备中普遍存在的分层现象。
6．利用红外光谱对合成的高吸水性树脂进行了表征，确定了基本结构。通过对淀粉和产物的红外光谱对比分析，证实产物为淀粉与丙烯酸、衣康酸的接枝共聚物。由淀粉接枝高吸水树脂的SEM照片可以清楚看到在丙烯酸(盐)、衣康酸的连续相中镶嵌着白色纤维状的淀粉微区，淀粉原始颗粒形貌已经不存在了，这说明淀粉与混合单体发生了均匀的接枝共聚反应：由矿物复合高吸水树脂的SEM照片可以看出，绢云母颗粒呈海岛状均匀分散在树脂基体中，矿物颗粒与树脂的边界模糊，达到了很好的复合效果。
7．将高吸水性树脂制成灭火剂后，具有优越的灭火性能。通过自行设计的模拟灭火实验结果表明，当灭火剂达到80％的最佳浓度时，其灭火效率最高可达自来水的12倍之多，而耗水量却不到自来水的1/10，因此，用高吸水树脂制成的高分子凝胶型灭火剂是一种极具开发前景的低成本，高效环保的新型灭火剂。抗燃实验表明，采用新型灭火剂处理的可燃材料抗燃时间明显大于用水处理的可燃材料的抗燃时间，这种作用对抑制燃烧体温度回升，以及阻止火势蔓延有重要意义。