黃原膠改性制備高吸水性材料及性能研究.pdf

1、高吸水性材料是由大量含親水性基團(tuán)的小分子功能單體通過聚合和適度交聯(lián)反應(yīng)形成的一種具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能高分子材料，能夠吸收自身重量幾百倍甚至上千倍的水，具有優(yōu)良的吸水保水性能。
　　 本論文采用具有生物降解性能的淀粉衍生物黃原膠作為改性高分子基體材料，通過與丙烯酸、丙烯酰胺等乙烯基親水性功能單體進(jìn)行接枝共聚制備了可生物降解的黃原膠接枝型高吸水性樹脂。
　　 以高吸水性材料對蒸餾水和0.9％NaCl溶液的吸收倍率為研究對象

2、，利用正交試驗(yàn)法和單因素實(shí)驗(yàn)法系統(tǒng)的研究探討了各個影響制備的高吸水性材料的吸液性能的因素，探索各種黃原膠改性高吸水性材料的較佳制備工藝條件。
　　 利用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射儀(XRD)、示差掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TG)等儀器對在較佳制備工藝條件下的產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面形貌、晶態(tài)結(jié)構(gòu)和熱性能表征，通過研究在較佳工藝條件下制備的高吸水性材料的溶脹過程，利用吸附動力學(xué)Fic

3、kian擴(kuò)散模型、non-Fickian擴(kuò)散模型、CaseⅠ擴(kuò)散模型及CaseⅡ擴(kuò)散模型對其溶脹過程進(jìn)行擬合，初步探討高吸水性材料的溶脹動力學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高吸水性材料的溶脹過程符合non-Fickian擴(kuò)散模型；從黃原膠改性高吸水性材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)勢方面來系統(tǒng)的探討了其溶脹熱力學(xué)，探討高吸水性材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備方法的選擇規(guī)律，并研究了各種制備產(chǎn)物的保水性能。本論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)溶液聚合法制備黃原膠接枝

4、丙烯酸/丙烯酰胺(XG-g-PAA-PAM)高吸水性樹脂：以黃原膠分子為接枝改性主鏈，將親水性較好的單體丙烯酸(AA)與耐鹽性較好的單體丙烯酰胺(AM)通過接枝共聚到黃原膠分子鏈上，利用N,N’一亞甲基雙丙烯酰胺的適度交聯(lián)制備了一種吸水抗鹽性能優(yōu)良的XG-g-PAA-PAM高吸水性樹脂，探索出的較佳制備工藝條件為：黃原膠與單體(AA/AM)的配比為1:5:1，丙烯酸的中和度為70％，反應(yīng)溫度為65℃，引發(fā)劑用量為1.5％，交聯(lián)劑用量為0

5、.06％。在較佳工藝條件下制備的高吸水性樹脂吸水倍率達(dá)869.0g/g，吸0.9％NaCl溶液達(dá)113.5g/g，抗鹽性能比XG-g-PAA高吸水性樹脂有所提高。
　　 (2)反相懸浮聚合法制備了黃原膠接枝丙烯酸(XG-g-PAA)高吸水性樹脂：利用單因素實(shí)驗(yàn)法系統(tǒng)研究了各個因素對XG-g-PAA高吸水性樹脂的吸液性能的影響，較佳的制備工藝條件為：w（引發(fā)劑）=0.9％，丙烯酸的中和度70％，w(交聯(lián)劑)=0.08％，反應(yīng)溫度為

6、70℃，產(chǎn)品的接枝率達(dá)126.5％，接枝效率為82.6％，最大吸水倍率為845g/g，0.9％的NaCl溶液倍率為96.3g/g。該制備方法具有聚合過程穩(wěn)定、反應(yīng)熱易排除能夠直接得到粒狀產(chǎn)品、產(chǎn)品易干燥、吸水性能好，能夠降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。
　　 (3)溶液聚合法制備了黃原膠接枝丙烯酸/蒙脫土（XG-g-PAA/OMMT）、凹凸棒粘土/黃原膠接枝丙烯酰胺(AC/XG-g-PAM)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合高吸水性材料：利用單因素實(shí)驗(yàn)法得出了

7、較佳工藝制備條件并系統(tǒng)研究了各個因素對復(fù)合高吸水性材料的吸液性能的影響。在較佳條件下制備的復(fù)合高吸水性材料XG-g-PAA/OMMT的吸水倍率最高達(dá)882g/g，吸0.9％NaCl溶液倍率達(dá)到106.5g/g，復(fù)合高吸水性材料AC/XG-g-PAM的最大吸水倍率達(dá)805g/g，吸0.9％的NaCl溶液倍率達(dá)126.3g/g。初步研究了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合功能材料的制備方法、分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及其性能提高的理論。制備的復(fù)合高吸水性材料XG-g-P

8、AA/OMMT、AC/XG-g-PAM具有更大的網(wǎng)絡(luò)空間，其吸水抗鹽性能隨著無機(jī)粘土含量的增加先增加后減小。
　　 (4)高吸水性材料的吸水機(jī)理探討：對不同方法制備的各種高吸水性材料的吸水過程進(jìn)行研究，采用高吸水性樹脂的吸水動力學(xué)Fickian擴(kuò)散模型、non-Fickian擴(kuò)散模型、CaseⅠ及CaseⅡ擴(kuò)散模型對其吸液過程進(jìn)行擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高吸水性材料的吸水過程符合non-Fickian擴(kuò)散模型；對高吸水性材料的吸水速率的控