耐盐性高吸水树脂的合成及其溶胀动力学研究

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本学位论文根据高吸水树脂的具体应用要求,结合国内外关于高吸水树脂的最新研究成果,以丙烯酸、异丙烯膦酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸为聚合单体,以硅藻土、改性高岭土和凹凸棒土为无机添加材料,制备了在生理盐水中常压及加压下吸水率高,吸水速度快,吸水后凝胶强度、分散性、弹性、表面干爽性等性能均好的耐盐性高吸水树脂,并对其溶胀动力学及其在不同电解质溶液中的溶胀行为进行了考察,得到的主要结果有:(1)采用水溶液聚合法,以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以硅藻土和部分中和的丙烯酸为原料,以抗坏血酸-双氧水为氧化还原引发体系,制得了有机-无机复合高吸水性树脂。最佳条件下制得的复合高吸水树脂,在常压下,0.9 wt%NaCl水溶液中的吸水率为99g/g。该树脂具有较快的吸水速度和较好的凝胶强度,且可以重复多次使用。(2)采用水溶液聚合法,以三羟甲基丙烷三缩水甘油醚为交联剂,以羧甲基淀粉改性的高岭土、部分中和的丙烯酸及异丙烯膦酸为原料,以过硫酸铵为引发剂,制得了复合耐盐性高吸水树脂。最佳条件下制得的复合耐盐性高吸水树脂,在常压下,0.9 wt%NaCl水溶液中的吸水率为74g/g。(3)采用水溶液聚合法,以三羟甲基丙烷三缩水甘油醚及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以部分中和的丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸为共聚单体,以凹凸棒为无机添加材料,在室温下,以抗坏血酸-双氧水为氧化还原引发体系,采用发泡技术,合成了高吸水树脂,并对该高吸水树脂进行了表面交联,最后再与无机盐共混,制得了具有多孔结构的复合耐盐性高吸水树脂。研究了反应条件对多孔复合高吸水树脂在常压及加压下吸水率和吸水速度的影响。在此基础上,选用正交实验设计方法,同时改变多个影响因素,以常压及加压下,在0.9 wt%NaCl水溶液中吸水率和吸水速度为指标,对合成条件进行了优化。在最佳条件下制备的多孔复合耐盐性高吸水树脂,在0.9 wt%NaCl水溶液中,其常压及加压下吸水率分别为56g/g和9g/g,且吸水速度高达0.493 mL/(g.s)。此外,吸水后的凝胶具有较好的耐盐性、强度、弹性、分散性和表面干爽性。在此基础上,对多孔复合耐盐性高吸水性树脂在不同外界环境中的溶胀行为进行了研究,结果发现:高价阳离子溶液对其溶胀行为影响显著,出现了退溶胀现象;pH值及阴离子对其溶胀行为的影响不如高价阳离子显著;在不含高价阳离子的盐溶液中,由于树脂所具有的多孔结构,表现出supercaseП扩散行为。(4)首次采用电位法测定了高吸水树脂在NaCl溶液中的溶胀动力学。通过理论分析及相关实验,证明了电位法跟踪高吸水树脂在NaCl溶液中溶胀动力学的有效性。根据实验结果,对高吸水树脂在NaCl溶液中的的溶胀机理进行了新的阐述。
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