有機-無機納米復(fù)合水凝膠的合成及性能研究.pdf

1、本文選用陽離子聚丙烯酰胺為插層劑，在遠大于膨潤土陽離子交換容量的用量下，通過單體插層聚合法和聚合物溶液直接插層法，分別制備了陽離子聚丙烯酰胺/膨潤土納米復(fù)合物，之后進行淀粉接枝丙烯酸的交聯(lián)聚合反應(yīng)得到互穿和半互穿結(jié)構(gòu)兩種兩性納米插層復(fù)合水凝膠。所得凝膠具有良好的溶脹能力與凝膠強度。在99.6％高含水量下，單體插層聚合法制備的凝膠強度是聚合物溶液直接插層法的2倍，可達28.9KPa；最大溶脹倍率也優(yōu)于后者，可達1010g/g。實驗分別就兩

2、種合成方法下不同反應(yīng)條件，包括引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量、丙烯酸用量和粘土含量等因素，對所形成凝膠的溶脹性能以及聚合體系溫度的影響進行了全面考察，并通過FTIR、XRD、TEM等分析手段對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和插層效果進行了表征，同時通過凱式定氮、分子量等測定對樣品進行了定量表征，從而很好地解釋了兩性納米插層復(fù)合水凝膠具有優(yōu)良性能的原因，以及兩種不同合成方法下水凝膠表現(xiàn)出的性能差異。為進一步提高兩性納米插層復(fù)合水凝膠的溶脹速率，本文通過加入尿素作為制孔

3、劑，利用其水溶液在高溫下分解產(chǎn)生CO2和NH3的原理制孔，避免了常用碳酸鹽類制孔劑對pH、孔發(fā)生時間和凝膠化時間等條件的特殊要求，從而使制孔變得簡單易行，且吸液性能和吸液速率均得到明顯改善，其中溶脹倍率較未加尿素(加熱)時所得凝膠提高了約1倍，而吸液速率提高了40倍左右。實驗考察了尿素用量、加熱速率、不同洗滌方式和干燥方式等因素對溶脹性能的影響，并對吸液動力學進行了探討。 基于陽離子聚電解質(zhì)對膨潤土的良好插層以及作為最終水凝膠的

4、半互穿組分對溶脹和強度的貢獻，本文又選用水溶性好、電荷密度高，合成方法簡單的聚二甲基二烯丙基氯化銨作為插層劑，通過聚合物溶液插層法，制備了剝離型的聚二甲基二烯丙基氯化銨/膨潤土納米復(fù)合物。實驗詳細考察了不同聚合溫度、引發(fā)劑用量和單體濃度等聚合條件對聚二甲基二烯丙基氯化銨分子量及插層效果的影響，并通過FTIR、XRD、TEM等分析手段對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和插層效果進行了表征。在制得剝離復(fù)合物基礎(chǔ)上，通過淀粉接枝丙烯酸的交聯(lián)聚合反應(yīng)得到半互穿結(jié)構(gòu)兩性

5、納米復(fù)合水凝膠。就不同反應(yīng)條件，包括引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量、反應(yīng)溫度、丙烯酸用量和聚二甲基二烯丙基氯化銨用量等因素，對所形成凝膠的溶脹性能的影響進行了考察。并測試了兩性納米復(fù)合水凝膠對pH、鹽種類和鹽濃度的響應(yīng)性和凝膠強度。結(jié)果證明，兩性半互穿和納米復(fù)合結(jié)構(gòu)提高了水凝膠的溶脹性能與機械強度。與傳統(tǒng)水凝膠相比，其凝膠強度提高了1倍以上，在99.2％的含水量下，可達28.2KPa，且在廣泛的pH范圍內(nèi)仍能保持較高的溶脹倍率。 采用相

6、似的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，本文選用無機硅來構(gòu)建聚丙烯酸/SiO2納米雜化復(fù)合水凝膠。分別以水溶性的3-氨丙基三乙氧基硅烷和硅酸鈉為硅源，用sol-gel方法合成無機硅網(wǎng)絡(luò)，同時進行丙烯酸的交聯(lián)聚合反應(yīng)構(gòu)建有機網(wǎng)絡(luò)，最終得到雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚丙烯酸/二氧化硅納米雜化復(fù)合水凝膠。用HF處理凝膠樣品，并與處理前凝膠對比，通過TEM觀察SiO2在凝膠中的分散形式，取得了較好的效果。結(jié)果表明：以3-氨丙基三乙氧基硅烷為硅源形成的SiO2粒子約為100nm左右，

7、分散在有機聚合物網(wǎng)絡(luò)中，凝膠表現(xiàn)出良好的壓縮強度和溶脹能力，在99.1％含水量下，凝膠強度可達59.0KPa，最大溶脹倍率為1084.7g/g，且溶脹后的凝膠仍具有一定的拉伸性；而以硅酸鈉為硅源得到的納米雜化復(fù)合水凝膠呈現(xiàn)以SiO2為核，交聯(lián)聚丙烯酸為殼的核殼式結(jié)構(gòu)，凝膠最大溶脹倍率可達1252.7g/g。凝膠的硬度很好，且耐鹽性突出：當含水量為99.1％時，凝膠強度達45.6KPa。當NaCl溶液濃度由0.9％提高到1.8％時，凝膠溶