目 录
目 录
摘 要 ...................................................................................................................................................I ABSTRACT......................................................................................................................................... II 目 录 ................................................................................................................................................ III 1 绪 论 .............................................................................................................................................. 1
1.1 高吸水性树脂 ...................................................................................................................... 1
1.1.1 高吸水性树脂介绍 .................................................................................................. 1 1.1.2 高吸水性树脂的吸水过程 ...................................................................................... 2 1.1.3 高吸水性树脂的合成原理 ...................................................................................... 3 1.1.4高吸水性树脂的吸水机理 ....................................................................................... 3 1.1.5高吸水性树脂的性能 ............................................................................................... 4 1.1.6 高吸水性树脂的常用制备方法 .............................................................................. 5 1.1.7影响接枝反应的主要因素 ....................................................................................... 6 1.2 反相悬浮法 .......................................................................................................................... 8
1.2.1 反相悬浮法的制备原理 .......................................................................................... 8 1.2.2反相悬浮法特点 ....................................................................................................... 9 1.2.3反相悬浮聚合法制备高吸水树脂的影响因素 ........................................................ 9 1.3 课题研究的背景和意义 .................................................................................................... 11 1.4 本论文研究内容 ................................................................................................................ 11
1.4.1 以丝光沸石为原料制备高吸水性树脂的研究 ..................................................... 11 1.4.2 高吸水性树脂性能研究及结构表征..................................................................... 12
2 实验部分 ........................................................................................................................................ 13
2.1 主要原料及仪器 ................................................................................................................ 13 2.1.1 主要试剂(原料) ............................................................................................................... 13 2.1.2 主要仪器 ......................................................................................................................... 13 2.2 实验方法 ............................................................................................................................ 13
2.2.1反相悬浮法制备淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂 .................................................. 13 2.2.2反相悬浮法制备淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂的工艺流程 .............................. 14 2.3单因素实验 ......................................................................................................................... 15
2.3.1有机改性丝光沸石用量对吸水倍率的影响 .......................................................... 15 2.3.2引发剂用量对吸水倍率的影响 ............................................................................. 15 2.3.3交联剂用量对吸水倍率的影响 ............................................................................. 15 2.3.4中和度对吸水倍率的影响 ..................................................................................... 16
III
目 录
2.4 产物表征 ............................................................................................................................ 16 2.5 性能评价 ............................................................................................................................ 16
2.5.1 吸水倍率的测定 .................................................................................................... 16 2.5.2自然状态下的失水率 ............................................................................................. 17 2.5.3吸水速率的测定 ..................................................................................................... 17 2.5.4 不同温度下吸水倍率 ............................................................................................ 17
3 结果与讨论 .................................................................................................................................... 18
3.1 单因素实验 ........................................................................................................................ 18
3.1.1有机改性丝光沸石用量对吸水倍率的影响 .......................................................... 18 3.1.2引发剂用量对吸水倍率的影响 ............................................................................. 19 3.1.3交联剂用量对吸水倍率的影响 ............................................................................. 20 3.1.4中和度对吸水倍率的影响 ..................................................................................... 21 3.2产物表征 ............................................................................................................................. 22
3.2.1 产物形态 ................................................................................................................ 22 3.2.2 红外表征 ................................................................................................................ 22 3.3 性能评价 ............................................................................................................................ 24
3.3.1 吸水速率 ................................................................................................................ 24 3.3.2 自然状态下的失水率 ............................................................................................ 25 3.3.3 不同温度下吸水倍率 ............................................................................................ 25
4 结 论 ............................................................................................................................................ 27 参考文献 ............................................................................................................................................ 28 致 谢 ................................................................................................................................................ 30
IV
榆林学院本科毕业论文
1 绪 论
1.1 高吸水性树脂
1.1.1 高吸水性树脂介绍
高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer，简称SAP）是一种含有羧基、羟基等强亲水基团，呈三维空间网络结构的水溶胀型功能性高分子聚合物。它不溶于水也不溶于有机溶剂，具有奇特的吸水和保水能力，吸水倍率可达自身质量的数百乃至数千倍。与传统的吸水材料，如海绵、脱脂棉和硅胶等相比，它具有吸水量大和保水性能好等优点，能够广泛应用于建筑、石油、化工、农业、医用卫生等各个领域。在医用卫生方面，超强吸水剂可以做可降解手术餐巾、衬垫、失禁病人的垫褥、尿布、医用绷带和妇女卫生巾等；在农业上多用于改善土壤的持水能力，促进种子发芽和植物生长；在建筑上可用于结露防止剂、止水堵漏剂、调湿剂等。最早的高吸水性树脂是1974年美国学业部北方研究所研制的淀粉接枝丙烯腈共聚物的水解物，但在20世纪80年代初日本的高吸水性树脂开发技术却占据了主导地位。虽然高吸水性树脂的开发时间较短，但发展非常快，如1983年世界总产量只有6000 t，到1987年仅日本的产量就有36000 t；目前全世界生产高吸水性树脂的厂家有30～40个，主要分布在美国、日本及欧洲；产品从淀粉接枝丙烯腈发展到淀粉接枝丙烯酸、交联纤维素类、聚丙烯酸盐、聚醚、共聚物水解、聚氨酯等类。高吸水性树脂的吸水率从80年代的几百倍提高到了目前的四五千倍。我国开展高吸水性树脂研究的时间较短(上世纪80年代初开始)，但研究、生产单位已经达到数十家，高吸水性树脂的专利已有数十种。1999年的累计产量已达近千吨，但目前仍存在品种单一、质量参差不齐等问题，而且缺少高功能的产品，某些含量的指标偏高。目前在世界上聚丙烯酸盐类高吸水性树脂占主导地位。由于淀粉接枝丙烯酸类吸水剂的制备过程不需要皂化水解，所以工艺过程大为简化。虽然丙烯酸类原料价格比丙烯腈贵，但其设备和操作费用较低，另外丙烯酸的毒性比丙烯腈小得多，所以洗涤简便且消耗溶剂少，所以生产成本比淀粉接枝丙烯腈类吸水剂低，又由于淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂的性能同样优良，所以对它的研究和生产正在迅速发展。尽管目前所得到得淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂具有较高的吸水能力，但由于耐盐性比较差，而实际上一般的河水、自来水、海水和人体分泌物等都含有各种各样的盐类，因此在某些方面的应用受到了较大的限制，需要有效的提高其耐盐能力。目前一般采用的方法有以下几种：采用不同的单体进行多元接枝共聚，从而使吸水剂的亲水基团多样化，如采用淀粉-丙烯酸-1
反相悬浮法制备淀粉接枝丙烯酸复合材料的研究
丙烯酸酯接枝共聚制取超强吸水剂；利用离子交换树脂的去离子作用而采用的添加离子交换树脂法和无机凝胶复合法等。另外，淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂的吸水速度较慢，吸水要达到饱和一般需要数小时。目前一般采用增大吸水剂的比表面积和引入非离子性亲水基团的物质等方法来提高吸水速度。总之，如何提高淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂的吸盐能力和吸水速度将是今后研究的重点。只要我们对淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂的制备进行全面的研究，在工艺参数、合成方法的选择等方面进行突破，淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂的性能就一定会得到进一步的改善，同时也将会在各个领域得到更广泛的应用[1]。
1.1.2 高吸水性树脂的吸水过程
SAP的吸水过程非常复杂。吸水后，高分子的网络结构由吸水前的固态网束电离成游离的离子对。当吸水树脂遇水时，亲水基团与水分子通过氧键进行水合作用，从而使得高分子网束迅速扩张，在网内外形成离子浓度差，使网络结构内外产生一定的渗透压，网络外部水分子在渗透压的作用下向网络内部渗透。如果被吸收的为盐溶液时，则离子浓度差减少，使渗透压下降，从而造成吸水能力降低。由此可见，亲水基离子起着扩张树脂网络结构的作用，是高分子网络结构中必不可少的，同时亲水基离子拥有产生渗透压的功能，亲水离子对是SAP能够完成吸水过程的动力因素。网络结构中含有大量水合离子是SAP能够提高吸水能力、加快吸水速度的另一个因素；树脂能够吸收大量水的结构因素是其所拥有的特殊网络。SAP吸水后立刻发生溶胀，成为凝胶。在溶胀过程中，存在两个同时进行的过程，一方面，水分子试图进入网格内，使树脂网格体积膨胀；另一方面，由于体积不断膨胀，导致树脂网格向四周扩展，从而产生弹性收缩，网键便受到应力阻止水分子的进一步进入。当这两种对立的作用相互抵消时，凝胶溶胀达到了平衡、吸水量达到饱和。
图1-1淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂结构模型
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