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高含量丙烯酸膨润土/聚丙烯酸钠高吸水复合材料的研究

作　者: 彭英知
导　师: 付丽华
学　校: 广西大学
专　业: 工业催化
关键词: 膨润土 丙烯酸 复合高吸水性树脂 聚乙烯醇
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


聚合物/蒙脱土高吸水性复合材料的研究中,在保证吸水性和保水性等综合性能的基础上,蒙脱土的添加量基本都是在较低的水平,降低成本不明显。本文以碱性钙基膨润土为原料,采用溶液聚合法通过特殊工艺用丙烯酸膨润土(简称ABT)和丙烯酸单体制备出高含量丙烯酸膨润土/聚丙烯酸钠高吸水性复合材料(简称HABT/PAA)。对合成工艺进行了优化,得到最优的工艺为：交联剂用量为单体质量的0.3wt%、引发剂用量为单体质量的1.1wt%、体系总水量为单体质量的340wt%、中和度为64%、ABT用量为单体质量的30wt%、引发剂分4次加入、碱性钙基膨润土pH为8.5,在此条件下制备的复合材料吸附去离子水和0.9%生理盐水的能力分别为1214g/g和67g/g。同时,在80℃恒温的条件下测试材料的保水性能,结果表明,HABT/PAA的保水性能较聚丙烯酸钠(PAA)好。用SEM及TEM考察碱性钙基膨润土、丙烯酸膨润土和]TABT/PAA的形貌,结果表明,碱性钙基膨润土片层呈较紧密的堆叠团聚状态,而丙烯酸膨润土呈棒状或小片层的形式分散,且片层之间较疏松,在HABT/PAA中,过400目以上的ABT以20nm-30nm的尺寸较均匀、无序地分散在聚合物基体中,且与聚合物有很好的相容性；由XRD表征结果可知,丙烯酸膨润土的层间距较碱性钙基膨润土大0.23nm,而HABT/PAA中5°以下未检测到明显的衍射峰,说明丙烯酸单体聚合过程中可能进一步插层进入膨润土层间,使得膨润土层间距进一步扩大或剥离；由综合热分析仪分析材料的热稳定性能,结果表明,含15%丙烯酸膨润土的HABT/PAA和含30%丙烯酸膨润土的HABT/PAA在重量损失明显的阶段的起始失重温度和最大失重速率时所对应的温度(峰温)均较PAA的高,说明膨润土的加入可使聚丙烯酸钠高吸水性树脂的热稳定性提高,随着膨润土含量的提高复合材料的耐热性也增强。由聚合规律测试可知,引发剂分不同次数加入时体系粘度增加速率不同,随着添加次数增加而减慢,其中,引发剂添加次数为4次时聚合得到的HABT/PAA吸水、保水等综合性能最优。采用以上工艺进行聚乙烯醇(PVA)及HABT/PAA的共混(即制备半互穿网络结构共混物)探索实验以增强HABT/PAA的耐盐性和凝胶强度,由实验结果可知,聚乙烯醇-124(PVA-124)与HABT/PAA共混后吸盐率较HABT/PAA有所提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
符号说明  12-13
第一章 绪论  13-27
  1.1 前言  13-15
    1.1.1 高吸水性树脂概述  13
    1.1.2 高吸水性树脂的吸水机理  13-14
    1.1.3 高吸水性树脂合成的基本原理和主要影响因素  14-15
    1.1.4 高吸水性树脂的改性研究  15
  1.2 聚合物/粘土复合高吸水性树脂  15-23
    1.2.1 聚合物/粘土复合高吸水性树脂概述  15-16
    1.2.2 聚合物/粘土复合高吸水性树脂的分类  16-17
    1.2.3 膨润土及其改性  17-19
    1.2.4 聚合物/粘土复合高吸水性树脂的国内外研究动态  19-22
    1.2.5 丙烯酸系高吸水性树脂及其改性方法  22-23
  1.3 高吸水性树脂的应用  23-24
    1.3.1 在农林、沙化土壤改良方面的应用  23
    1.3.2 在医药卫生领域的应用  23
    1.3.3 在建筑、石油化工和其他方面的应用  23-24
  1.4 本文研究的目的、意义及实验思路和内容  24-27
    1.4.1 研究的目的和意义  24-25
    1.4.2 研究思路及内容  25-27
第二章 HABT/PAA的制备  27-43
  2.1 实验部分  27-31
    2.1.1 实验基本原理  27-28
    2.1.2 主要试剂和设备  28-29
    2.1.3 实验装置图  29-30
    2.1.4 实验方法步骤  30-31
  2.2 测定和表征方法  31-32
    2.2.1 ABT有机含量的测定  31-32
    2.2.2 HABT/PAA的吸水(盐)倍率测定  32
    2.2.3 HABT/PAA的保水测定  32
    2.2.4 HABT/PAA的聚合规律测定  32
  2.3 实验结果与讨论  32-42
    2.3.1 不同pH的碱性钙基膨润土及与其对应的ABT有机含量(S)的关系  32-33
    2.3.2 HABT/PAA制备工艺优化  33-40
    2.3.3 HABT/PAA的聚合规律研究  40-41
    2.3.4 复合材料的保水性能  41-42
    2.3.5 最优工艺条件下的HABT/PAA吸水(盐)率  42
  2.4 结论  42-43
第三章 HABT/PAA的表征与结构  43-53
  3.1 表征方法  43
    3.1.1 扫描电镜(SEM)  43
    3.1.2 透射电镜(TEM)  43
    3.1.3 X-射线衍射测试(XRD)  43
    3.1.4 红外光谱测试(FT-IR)  43
    3.1.5 综合热分析  43
  3.2 材料的形貌与结构分析  43-51
    3.2.1 碱性钙基膨润土和ABT的形貌  43-45
    3.2.2 不同颗粒粒度的ABT制备的HABT/PAA的SEM图  45-46
    3.2.3 X-射线衍射研究HABT/PAA的结构  46-47
    3.2.4 FT-IR分析  47-49
    3.2.5 PAA、HABT/PAA的TG/DTG图谱分析  49-51
  3.3 结论  51-53
第四章 HABT/PAA与聚乙烯醇共混制备半互穿网络的探索实验  53-60
  4.1 聚乙烯醇的选择  54
  4.2 聚乙烯醇与HABT/PAA半互穿聚合探索性实验  54-56
    4.2.1 实验原理  54
    4.2.2 实验主要试剂和仪器  54-55
    4.2.3 实验方法步骤  55-56
  4.3 聚乙烯醇(1750±50)与HABT/PAA共混聚合反应的影响因素  56-57
    4.3.1 交联剂和引发剂用量的影响  56-57
  4.4 聚乙烯醇-124(PVA-124)与HABT/PAA共混聚合反应的影响因素  57-58
    4.4.1 交联剂与引发剂的用量的影响  57-58
    4.4.2 PVA-124不同添加量时共混材料的吸水(盐)率  58
  4.5 SEM表征分析  58-59
  4.6 结论与展望  59-60
第五章 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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