木质素基丙烯酸系吸水树脂的超声合成及性能研究

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随着社会经济的发展,人们对于吸水材料的需求也越来越高。传统的吸水材料如卫生纸,棉球等已经无法跟上人们的需求。高吸水树脂在20世纪60年代初诞以来,受到了研究人士的广泛关注。从那时起,对于高吸水树脂的改性工作在不断发展,从最初的丙烯腈接枝淀粉到后来的丙烯酸系高吸水树脂大行其道。吸水性能上的提升和材料低廉,安全无害带来的应用范围的拓广一直是研究人员努力的方向。在本文中,我们的研究内容如下:  (1)在第一章中,我们以木素磺酸钠、丙烯基羧酸、丙烯基酰胺为原料,无机添加剂选定为氧化石墨,引发剂选择了过硫酸铵,采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,采用超声合成制备了石墨烯/木质素磺酸钠接枝丙烯酸-丙烯酰胺的有机-无机复合高吸水树脂,用红外光谱,扫描电镜,对树脂结构进行了表征;并对它的吸水等性能进行了研究。以蒸馏水和0.9% NaCl溶液中的平衡吸水倍率为评价参数得到了最佳合成配比:AM/AA=0.06,中和度为75%,引发剂过硫酸铵(NPS)用量为0.145g,交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)用量为0.0116g,木质素磺酸钠(LS)用量为0.1g,氧化石墨(GO)最佳用量为0.01g。最优配比下的平衡吸蒸馏水倍率为562g/g,平衡吸0.9%盐水倍率为62g/g。  同时测试了树脂在不同pH值溶液和不同温度下的吸水能力,吸水速率与时间的关系。得出树脂在酸性条件下吸水倍率很小,随碱性的增强树脂的吸水倍率逐渐减小;但酸性条件下远不如碱性条件下的的吸水能力。在温度为30℃时的吸水倍率最大,吸水速率随时间增加减慢。  (2)在第二章中,我们利用了一种新的方法(超声合成法)合成了木质素磺酸钠接枝的聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水树脂(SL-P(AA-co-AM)),并通过FTIR(Fourier transform infraredspectroscopy),电镜(scanning electron microscopy, SEM)和热重/差热(thermogravimetry/differential scanning calorimetry,TG/DSC)等方法证明了接枝反应已经成功完成。SL-P(AA-co-AM)的合成条件通过L16(4)5正交试验进行优化。在最佳条件下,最大吸水率(1350g·g-1)和最大吸盐水率(96g·g-1)得以达成。调整pH或者是金属离子的存在会对SL-P(AA-co-AM)的吸水率有负面的影响,但是提高温度却能提高吸水率。同时我们也对SL-P(AA-co-AM)的吸水特性进行了研究,结论显示水在树脂中的扩散是非-菲克扩散,并且溶胀过程符合Schott模型。此外,SL-P(AA-co-AM)的吸水率和吸盐水率相对于普通的聚丙烯酸-丙烯酰胺树脂有了明显的提升。  (3)在第三章中,我们将一种高效便捷的方法(超声合成法)应用在了绿色环保的木质素磺酸钠接枝的聚丙烯酸-聚乙烯醇高吸水树脂(SL-P(AA-co-VA))。通过FTIR(Fouriertransform infrared spectroscopy),电镜(scanning electron microscopy,SEM)和热重/差热(thermogravimetry/differential scanning calorimetry,TG/DSC)等方法我们确认了接枝反应已经顺利完成。我们继续使用L16(4)5正交试验来优化SL-P(AA-co-VA)盼合成条件。在最优条件下,SL-P(AA-co-VA)的最大吸水率是949 g·g-1,最大吸盐水率是62g·g-1。调整pH会降低SL-P(AA-co-VA)的吸水量,金属离子的存在也能导致同样的结果。然而,温度的改变对于这种吸水性能的影响并不大。总的来说,SL-P(AA-co-VA)的吸水和吸盐水能力相较普通的聚丙烯酸-聚乙烯醇树脂有了较明显的提高。
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