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淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的制备及其性能研究

作　者: 杨娟
导　师: 杨瑞成
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料学
关键词: 高吸水材料淀粉聚丙烯酸接枝共聚保水保水动力学吸附动力学降解
分类号: TQ324.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,我国对高吸水性高分子材料的需求逐年增大,对其质量要求也日益提高。目前我国的高吸水性材料主要用于卫生用品。随着西部大开发和国家对环境保护的重视,高吸水性高分子材料在沙漠防治,防止水土流失,植树造林,处理废水等方面的需求也日益增加。所以,加快高吸水性高分子材料的研究对我国有着非常重要的意义。本论文以寻求价格低廉的原料,开发高性能的产品,保证产品的绿色环保性为目的,通过水溶液聚合法制备了淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂,考察了其吸水保水性能、吸附性能和降解性能,其主要结果如下:1.考察了引发剂质量分数、交联剂质量分数、中和度、反应温度及淀粉与单体配比对淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸水倍率的影响规律。结果发现,当引发剂质量分数为0.35%,交联剂质量分数为0.05%,中和度为80%,反应温度为60℃,淀粉与单体质量配比为1:1 2.5时,所得高吸水树脂最高吸蒸馏水倍率和吸生理盐水倍率（质量分数0.9%）分别为770mL/g和75mL/g,与不加淀粉时的吸水树脂相比吸水倍率分别提高了65%和25%。2.通过对100-200目的淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸水速率的研究表明,在20℃蒸馏水中浸泡10s时,吸水速率达到最高值11g/（g·s）,100-120s后进入平台区,吸水速率变化缓慢。3.在20-50℃的范围,研究了淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的保水行为动力学。结果表明:在自然条件及恒温恒湿箱中20℃、30℃条件下,淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的保水能力要强于聚丙烯高聚物;而在40℃、50℃的条件下二者的保水能力相当;其保水过程属于零级反应,反应速率常数为k=2.9641×10³exp（-E_a/RT）,其保水过程的表观活化能E_a=19.3385KJ/mol;且所得到的动力学预测方程与根据实验数据所得的曲线达到很好的吻合。4.在20-40℃的范围,研究了淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂对0.5-4g/L浓度范围内CuSO₄的吸附行为动力学。结果表明:在室温2-3min之间,淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂对CuSO₄的吸附己趋近平衡状态,之后,吸附略有下滑趋势;当CuSO₄浓度为2g/L时高吸水树脂已基本吸附完全;且对CuSO₄水溶液的等温吸附行为符合Freundlish关系,其吸附等温表达式为Γ_e=0.06c^0.3g/g;淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂对CuSO₄的吸附主要是物理吸附和脱附的复合过程,属于一级反应,其反应速率常数为k=6.92×10^-9exp（-E_a/RT）,其吸附过程的表观活化能E_a=-35.4184KJ/mol,具有反应温度低、吸附速度快的特点,并且反应速率常数具有负的温度系数特征。5.研究了淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的降解过程,结合红外表征证明所制材料可以在紫外光照射下发生降解,是一种新型的环境友好型材料。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-25
  1.1 课题简介  12
  1.2 高吸水性树脂的研究现状  12-21
    1.2.1 高吸水性树脂的分类  12-13
    1.2.2 高吸水性树脂的吸水机理  13-15
    1.2.3 影响高吸水性树脂吸水性能的因素  15-17
    1.2.4 高吸水性树脂的制备方法  17-18
    1.2.5 高吸水性树脂的性能与表征  18-21
    1.2.6 高吸水性树脂的应用  21
  1.3 研究方向及发展前景  21-22
  1.4 课题的研究内容、方法、意义  22-23
    1.4.1 课题研究的内容  22-23
    1.4.2 课题研究的方法  23
    1.4.3 课题研究的意义  23
  1.5 本论文的框架及创新点  23-25
    1.5.1 论文框架与主要内容  23-24
    1.5.2 论文创新点  24-25
第2章淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的制备、表征及吸水性能研究  25-42
  2.1 实验部分  25-27
    2.1.1 实验原料及仪器  25-26
    2.1.2 高吸水性树脂的制备  26
    2.1.3 测试与表征  26-27
  2.2 聚丙烯酸高聚物吸水性能的研究  27-32
    2.2.1 FTIR及SEM表征与分析  27-28
    2.2.2 引发剂用量对吸水倍率的影响  28-29
    2.2.3 交联剂用量对吸水倍率的影响  29-30
    2.2.4 单体中和度对吸水倍率的影响  30
    2.2.5 反应温度对吸水倍率的影响  30-31
    2.2.6 反应时间对吸水倍率的影响  31-32
  2.3 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸水性能的研究  32-41
    2.3.1 FTIR及SEM表征与分析  32-33
    2.3.2 引发剂用量对吸水性能的影响  33-35
    2.3.3 交联剂用量对吸水性能的影响  35-36
    2.3.4 单体中和度对吸水性能的影响  36-38
    2.3.5 反应温度对吸水性能的影响  38-39
    2.3.6 淀粉与单体配比对吸水性能的影响  39-41
  2.4 本章小结  41-42
第3章淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的保水性能及其动力学研究  42-48
  3.1 实验部分  42
    3.1.1 实验原料与仪器  42
    3.1.2 测试方法  42
  3.2 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的保水性能分析  42-44
  3.3 聚丙烯酸高聚物保水动力学分析  44-45
  3.4 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的保水动力学分析  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸附行为和动力学研究  48-61
  4.1 实验部分  48-49
    4.1.1 FeCl_3溶液的吸附实验方案与吸附参数  48-49
    4.1.2 CuSO_4溶液的吸附实验方案与吸附参数  49
  4.2 聚丙烯酸高聚物吸附FeCl_3的行为和动力学研究  49-55
    4.2.1 SEM表征与能谱分析  49-51
    4.2.2 吸光度——FeCl_3溶液浓度标准曲线的测定  51
    4.2.3 等温吸附行为与规律  51-52
    4.2.4 PAA吸附FeCl_3的动力学特征分析  52-55
  4.3 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸附CuSO_4的行为和动力学研究  55-60
    4.3.1 SEM表征与能谱分析  55-56
    4.3.2 吸光度——CuSO_4溶液浓度标准曲线的测定  56-57
    4.3.3 等温吸附行为与规律  57
    4.3.4 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂吸附CuSO_4的动力学特征分析  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂降解性能研究  61-66
  5.1 实验部分  61-62
    5.1.1 实验原理  61
    5.1.2 实验原料与仪器  61
    5.1.3 实验方法  61-62
  5.2 淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂紫外光降解  62-65
    5.2.1 干法降解的分析  62-63
    5.2.2 湿法降解的分析  63-65
  5.3 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  73

淀粉接枝聚丙烯酸高吸水树脂的制备及其性能研究

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