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高吸水性树脂的合成

作　者: 王月珍
导　师: 张红东；张春雷
学　校: 复旦大学
专　业: 化学工程
关键词: 高吸水性树脂聚丙烯酸钠中和反应聚合反应表面交联引发剂交联剂丙烯酸二聚物吸水能耐盐水能诱导期残余单体溶胀比亲水基团
分类号: TQ324.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer,简称SAP)是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物,高吸水性树脂的吸水量,可达自身质量的数百倍,吸水速度非常快,并且保水性强,即使在受热、加压条件下也不易失水,对光、热、酸、碱的稳定性好,它的这种特性使其应用领域日益广阔。由聚丙烯酸钠制成的SAP由于吸水性好、价格适中、安全性能较好,所以被广泛应用在一次性的纸尿布、成人失禁用品以及妇女卫生用品等个人护理产品中。作为功能性高分子材料,SAP已成为了目前人们生活不可缺少的材料之一。高吸水树脂的合成方法按原料分主要有淀粉系、纤维素系和合成树脂系三大类,交联的聚丙烯酸盐聚合物被认为是最有希望的合成树脂系吸水材料。丙烯酸盐的聚合反应机理,一般是自由基型的连锁聚合反应。在充分调研及结合上海华谊丙烯酸有限公司具有丙烯酸原料优势的前提下,同时从生产工艺、生产过程的环保等综合考虑,本论文选择了以水溶液聚合法生产高吸水树脂的研究工作。高吸水树脂的制备主要有中和反应、聚合反应、表面交联反应三个步骤。通过大量的实验及对反应机理的深入研究,同时对各步骤进行性能评价,优化筛选出了性能优良的高吸水树脂合成工艺及配方。本论文采用了引发温度较低的氧化—还原热引发体系为引发剂,研究了中和反应温度、中和度、交联剂、引发剂、以及大分子亲水化合物对高吸水树脂吸纯水能、吸盐水能、保水能的影响。实验结果表明:聚合反应温度、交联剂、引发剂及中和度的不同直接影响树脂的产品性能;中和反应温度的高低直接影响反应的操作性;随着亲水性物质的加入,树脂的吸水性、耐盐性有明显提高。另外,本论文从合成工艺及产品性能两方面着手,对合成高吸水性树脂的原料冰晶形丙烯酸(GAA)中极少部分的阻聚剂、丙烯酸二聚物(DAA)进行了深入的研究,实验结果表明,阻聚剂含量的高低直接影响制备SAP过程中的聚合诱导期;丙烯酸二聚物含量的高低对产品负载压力下的吸盐水能、常压下吸纯水能及产品中的丙烯酸残余单体量均有明显的影响。GAA原料中的阻聚剂及DAA含量降低,产品性能大大提高。在自由基聚合反应过程中,由于聚合反应速率快,单体经过聚合,瞬间产生大分子,该制备工艺为不可逆反应,反应过程没有中间产物,随着反应时间的延长,丙烯酸转化率增加,但时间过长生产效率降低、不利于工业化生产。经过优化配方,引发剂选用氧化还原复配体系,聚合交联剂采用复配交联体系,在合理的引发剂用量,交联剂用量,单体浓度和聚合反应温度和时间下,得到了产品分子量均匀,产品性能好的产品。合成方法工艺简单,经济合理,完全适合工业化生产。所制得的SAP产品的综合性能达到德国巴斯夫、日本的触媒的SAP水平。

全文目录

目录  2-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 前言  9
  1.2 高吸水性树脂的发展  9-10
  1.3 国内外生产、需求现状及发展趋势  10-12
    1.3.1 全球SAP生产能力  10-11
    1.3.2 全球SAP需求及消费情况  11-12
    1.3.3 亚洲及我国的市场情况  12
  1.4 高吸水树脂的吸水机理及吸水结构  12-13
  1.5 国内外高吸水性树脂研究的基本情况  13-17
    1.5.1 高吸水性树脂的聚合机理  13
    1.5.2 高吸水性树脂的合成方法  13-17
      1.5.2.1 淀粉类  13-15
      1.5.2.2 纤维素类  15
      1.5.2.3 合成树脂类  15-17
    1.5.3 三条技术路线的综合对比  17
  1.6 本课题选择的目的和意义  17-19
第二章实验部分  19-28
  2.1 主要试剂和原料  19
  2.2 SAP合成工艺  19-20
    2.2.1 中和单元  19
    2.2.2 聚合及干燥单元  19-20
    2.2.3 粉碎及分筛单元  20
    2.2.4 表面交联单元  20
  2.3 SAP产品的性能评价方法  20-25
    2.3.1 生理盐水吸收倍率的测定  20-21
    2.3.2 保水率的测定  21-22
    2.3.3 负荷下吸液量的测定  22
    2.3.4 高吸水性树脂生理盐水PH的测定  22
    2.3.5 高吸水性树脂中残留丙烯酸含量的测定  22-24
    2.3.6 堆积密度的测定  24
    2.3.7 高吸水性树脂吸液速率的测定  24-25
    2.3.8 粒径范围的测定  25
  2.4 SAP交联结构的表征方法  25-28
    2.4.1 丙烯酸和丙烯酸盐的表征  25
    2.4.2 未表面交联与表面交联结构的表征  25-28
第三章合成SAP工艺条件的研究  28-42
  3.1 前言  28
  3.2 小试工艺配方的确定  28-41
    3.2.1 中和反应体系中和反应温度的确定  29
    3.2.2 聚合引发体系  29-31
    3.2.3 聚合反应温度的选择  31-33
    3.2.4 单体浓度的选择  33-34
    3.2.5 聚合时间的选择  34
    3.2.6 聚合反应交联体系  34-36
    3.2.7 中和度对SAP性能的影响  36-38
    3.2.8 树脂表面交联反应  38-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章影响SAP产品性能的因素分析  42-53
  4.1 前言  42
  4.2 影响SAP产品性能的因素  42-52
    4.2.1 原料冰晶形丙烯酸中极少部分组分对合成产品的影响  42-46
    4.2.2 聚合反应环境温度对合成SAP产品性能的影响  46
    4.2.3 聚合物凝胶厚度对产品性能的影响  46-47
    4.2.4 凝胶干燥温度对产品性能的影响  47
    4.2.5 中和阶段产品混合对产品性能的影响  47
    4.2.6 产品后处理对产品性能的影响  47-51
    4.2.7 大分子亲水化合物对SAP吸(盐)水能的影响  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章结论与展望  53-56
  5.1 结论  53-54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-58
发表论文及专利  58-59
致谢  59-60

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