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聚丙烯酸类高吸水树脂及电纺纤维膜的制备

作　者: 汪满意
导　师: 王燕萍
学　校: 东华大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚丙烯酸 高吸水树脂 戊二醛 静电纺丝
分类号: TQ324.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


高吸水聚合物是一种具有一定交联度的三维网络结构状的新型功能高分子材料,分子链上含有很多强亲水基团,能吸收相当于自身质量几百倍甚至几千倍的水,并且吸水后加压也不易失水。聚丙烯酸类高吸水聚合物相对于其他种类的高吸水聚合物,具有吸水性好、制备工艺简单等优点,在卫生用品、工业及农业等各个方面具有广泛的应用。本论文采用丙烯酸(AA)与丙烯酰胺(AM)单体共聚并与聚乙烯醇(PVA)共混得到聚(丙烯酸-丙烯酰胺)／聚乙烯醇溶液(即P(AA-AM)/PVA溶液),经涂膜或静电纺丝得到高吸水树脂膜或微纳米纤维膜,研究其吸水和吸湿性能。此种方法聚合稳定,避免了传统聚合方法容易产生的暴聚现象,提高了高吸水树脂的吸盐水率以及纤维膜的吸湿性能。论文首先研究了原料配比、热处理条件、NaCl溶液的浓度以及溶液的pH值对高吸水树脂吸水性能的影响。研究表明：高吸水树脂的吸水率随着引发剂过二硫酸钾(KPS)和单体AM用量的增大先增加后减小,KPS和AM用量分别为单体重量的0.5%和25%时吸水率最大；吸水率随着PVA含量的增大而减小,考虑到溶液可纺性以及高吸水树脂膜的柔韧性,选择PVA含量为单体量的15%为宜；吸水率随着AA中和度以及交联剂戊二醛(GA)含量的增大先增大后减小,AA中和度为75%,GA含量占(AM+AA+PVA)总量的1.0%时吸纯水率最高,当含量为2.0%的时候吸盐水率(0.9wt％NaCl溶液)最高；随着热处理时间和温度的增加,高吸水树脂交联度增加,吸水率先增大后减小,在130℃下经过25分钟热处理后吸水性最好。制备得到的高吸水树脂最高吸纯水率可达741g/g,吸盐水率最高达到135g/g,吸水速率可达22g/(g·min);在NaCl溶液中,随着NaCl浓度增大,高吸水树脂吸盐水率下降；在不同溶液pH值下,当pH值为5和10时,吸水性较好,但在强酸强碱环境下,其吸水率大大减小；吸水动力学研究得出,高吸水树脂吸水速率在吸水初期很大,随后慢慢减缓,直至达到吸水平衡；耐热保水性能测试得出,吸水饱和的高吸水树脂,分别在30℃和50℃下烘干28小时后,保水率分别在86%和52%以上。将P(AA-AM)/PVA溶液作为纺丝溶液,在不同的纺丝液浓度、纺丝电压、接收距离以及溶液流速下进行静电纺丝,得到微纳米纤维膜,寻找最佳纺丝工艺。研究表明：采用聚合物溶液浓度在17%-19%之间、GA含量在1.0%-2.0%之间的纺丝液,在电压为20-30kV,接收距离为22-26cm,推进速度为10-15μL/min的纺丝条件下得到纤维,在120℃下经过20-30分钟的热处理交联后,最高吸纯水率可达153g/g,最高吸水速率可达139g/(g·min),在20℃相对湿度为90%的环境下,吸湿量达到139%,比传统吸湿材料硅胶和棉高很多。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 高吸水树脂  11-17
    1.1.1 高吸水树脂的性能  11-12
    1.1.2 高吸水树脂的分类  12-13
    1.1.3 高吸水树脂的应用  13
    1.1.4 高吸水树脂的合成方法  13-15
    1.1.5 高吸水树脂的研究进展  15-17
  1.2 高吸水纤维  17-25
    1.2.1 高吸水纤维的性能  17-18
    1.2.2 高吸水纤维的分类  18-19
    1.2.3 高吸水纤维的应用  19-20
    1.2.4 高吸水纤维的纺丝方法  20-23
    1.2.5 高吸水纤维的研究进展  23-25
  1.3 本课题研究内容  25-27
    1.3.1 研究目的  25-26
    1.3.2 研究内容  26-27
第二章 高吸水树脂的制备  27-49
  2.1 实验部分  27-29
    2.1.1 主要原料与试剂  27
    2.1.2 主要仪器与设备  27
    2.1.3 高吸水树脂的制备  27-28
    2.1.4 高吸水树脂的性能测试  28-29
  2.2 结果与讨论  29-47
    2.2.1 反应机理  29-30
    2.2.2 红外分析(FTIR)  30-32
    2.2.3 热重分析(TG)  32
    2.2.4 吸水倍率影响因素分析  32-44
    2.2.5 吸水动力学分析  44-46
    2.2.6 耐热保水性能分析  46-47
  2.3 本章小结  47-49
第三章 静电纺丝法制备高吸水微纳米纤维膜  49-62
  3.1 实验部分  49-51
    3.1.1 主要原料与试剂  49
    3.1.2 主要仪器与设备  49
    3.1.3 高吸水微纳米纤维膜的制备  49-50
    3.1.4 性能测试与表征  50-51
  3.2 结果与讨论  51-61
    3.2.1 溶液粘度影响因素分析  51-53
    3.2.2 纤维膜形貌影响因素分析  53-59
    3.2.3 纤维膜吸水性能分析  59-60
    3.2.4 纤维膜吸湿性能分析  60-61
  3.3 本章小结  61-62
第四章 结论与展望  62-64
  4.1 全文结论  62-63
    4.1.1 高吸水树脂的制备  62
    4.1.2 高吸水纤维膜的制备  62-63
  4.2 展望  63-64
参考文献  64-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

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