辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸/粘土类复合吸水性树脂及其性能研究

论文摘要

辉光放电电解是一种新型的电化学过程,等离子体由电极和电解质液面之间的直流辉光放电来维持。当两个电极间的电压足够高时,常规电解将自动转化为辉光放电电解,从而产生等离子体。等离子体中的某些高活性组分如H·、·OH、H2O2、e-aq、HO2·很容易被传输到电极附近的溶液中,为水溶液化学反应提供了多种活性中间体。本论文共分五章,详细地研究了用辉光放电电解等离子体引发水溶液聚合反应,进而合成了聚丙烯酸/粘土类吸水性树脂。第一章简要地综述了等离子体的进展,重点叙述了辉光放电电解等离子体的产生、非法拉第电解的特性以及其应用。此外,还介绍了等离子体在废水处理、化学合成、高分子聚合反应中的应用以及常用的高分子化合物的聚合方法和技术,特别是等离子体引发聚合及其应用。对吸水性树脂的吸水机理、影响吸水性能的因素、以及表征手段也做了简要概述。事实说明,辉光放电电解等离子体可代替化学引发剂用于水溶液引发聚合反应合成性能优良的吸水性树脂。第二章以丙烯酸（AA）和蒙脱土（MMT）为原料,N, N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂,采用辉光放电电解等离子体在水溶液中引发合成了聚丙烯酸/蒙脱土吸水性树脂。详细地考察了放电电压、放电时间、丙烯酸中和度、后聚合温度、丙烯酸、蒙脱土以及交联剂含量等诸多因素对树脂吸水性能的影响,并用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）以及扫描电镜（SEM）分别对树脂的结构、热稳定性和表面形貌进行了表征。结果表明,蒙脱土和丙烯酸能有效接枝,且合成的树脂具有良好的吸水性(对蒸馏水的吸收率约为1834 g·g-1、对0.05 mol·L-1 NaCl溶液的吸收率为116 g·g-1、0.15 mol·L-1 NaCl溶液的吸收率为75 g·g-1)、保水性和热稳定性,可用于农业和园艺等诸多领域。第三章以丙烯酸（AA）和蛭石（VMT）为原料,N, N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂,在水溶液中利用辉光放电电解等离子体引发合成了聚丙烯酸/蛭石吸水性树脂。考察了放电电压、放电时间、丙烯酸中和度、后聚合温度、丙烯酸、蛭石以及交联剂的含量等因素对树脂吸水量的影响。用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）分别对树脂进行了表征,还讨论了离心时间对树脂保水量的影响。结果表明,在室温下树脂对蒸馏水和0.15 mol·L-1 NaCl溶液的吸收率分别为1333 g·g-1和73 g·g-1;将饱和吸水树脂于4000 rpm离心120 min,树脂的保水量仍超过65%,说明该树脂具有较高的保水能力。第四章采用辉光放电电解等离子体引发水溶液聚合反应合成了聚丙烯酸/海泡石吸水性树脂。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）分别对树脂的结构、热稳定性进行了表征。讨论了放电电压、放电时间、单体含量和后聚合温度对树脂性能的影响。结果表明,辉光放电电解等离子体能有效地引发丙烯酸和海泡石发生接枝反应,进而合成性能良好的吸水树脂。第五章采用辉光放电电解等离子体引发水溶液聚合反应,合成了聚丙烯酸/硅藻土吸水性树脂。考察了放电电压、放电时间和后聚合温度对树脂吸水性能的影响。用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对树脂的结构进行了表征。结果说明,辉光放电电解等离子体能有效的引发丙烯酸和硅藻土发生接枝反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 等离子体的定义和性质
• 1.1.1 等离子体的定义
• 1.1.2 等离子体的性质
• 1.2 等离子体的分类
• 1.3 等离子体的产生方法和途径
• 1.4 辉光放电电解等离子体
• 1.4.1 辉光放电电解等离子体的产生
• 1.4.2 辉光放电电解的非法拉第特性
• 1.4.3 辉光放电电解等离子体的应用
• 1.4.3.1 辉光放电电解等离子体在废水处理方面的应用
• 1.4.3.2 辉光放电电解等离子体在化学合成中的应用
• 1.4.3.3 辉光放电电解等离子体在聚合中的应用
• 1.5 高分子化合物的聚合方法和聚合新技术
• 1.5.1 聚合方法
• 1.5.1.1 本体聚合
• 1.5.1.2 溶液聚合
• 1.5.1.3 悬浮聚合
• 1.5.1.4 乳液聚合
• 1.5.1.5 分散聚合
• 1.5.2 聚合新技术
• 1.5.2.1 等离子体聚合
• 1.5.2.2 等离子体引发聚合
• 1.5.2.3 超声引发聚合
• 1.5.2.4 辐射引发聚合
• 1.6 吸水性树脂概述
• 1.6.1 吸水机理
• 1.6.2 影响吸水性能的因素
• 1.6.2.1 树脂本身的影响
• 1.6.2.2 外部溶液的影响
• 1.6.3 表征手段
• 1.6.3.1 红外光谱法（IR）
• 1.6.3.2 核磁共振波谱法（NMR）
• 1.6.3.3 热重分析法（TGA）
• 1.6.3.4 差示扫描量热法（DSC）
• 1.6.3.5 扫描电子显微镜法（SEM）
• 1.7 本研究的意义
• 1.8 本文的主要内容
• 参考文献
• 第二章 辉光放电电解等离子体引发聚丙烯酸/蒙脱土复合吸水性树脂的合成及性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 吸水树脂的制备
• 2.2.3 吸水量的测定
• 2.2.4 吸水树脂的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱表征
• 2.3.2 热重分析
• 2.3.3 表面形貌
• 2.3.4 优化合成条件
• 2.3.4.1 放电电压和放电时间对树脂吸水量的影响
• 2.3.4.2 单体含量对树脂吸水量的影响
• 2.3.4.3 蒙脱土含量对树脂吸水量的影响
• 2.3.4.4 交联剂含量对树脂吸水量的影响
• 2.3.4.5 丙烯酸中和度对树脂吸水量的影响
• 2.3.4.6 聚合温度对树脂吸水量的影响
• 2.3.5 保水性
• 2.3.6 盐溶液浓度对树脂溶胀性能的影响
• 2.3.7 环境温度对树脂吸水量的影响
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸/蛭石复合吸水性树脂及其性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 PAA/VMT 吸水树脂的合成
• 3.1.3 吸水量的测定
• 3.1.4 保水性测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 影响接枝条件的因素
• 3.2.1.1 放电电压和放电时间对树脂吸水量的影响
• 3.2.1.2 单体含量对树脂吸水量的影响
• 3.2.1.3 蛭石含量对树脂吸水量的影响
• 3.2.1.4 交联剂含量对树脂吸水量的影响
• 3.2.1.5 丙烯酸中和度对树脂吸水量的影响
• 3.2.1.6 聚合温度对树脂吸水量的影响
• 3.2.2 红外光谱表征
• 3.2.3 热稳定性
• 3.2.4 表面形貌
• 3.2.5 保水性能
• 3.3 结论
• 参考文献
• 第四章 辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸/海泡石复合吸水性树脂及其性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 吸水树脂的制备
• 4.2.3 吸水量的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 影响接枝条件的因素
• 4.3.1.1 放电电压的影响
• 4.3.1.2 放电时间的影响
• 4.3.1.3 单体含量的影响
• 4.3.1.4 后聚合温度的影响
• 4.3.2 红外光谱表征
• 4.3.3 热稳定性
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 辉光放电电解等离子体引发合成硅藻土接枝聚丙烯酸吸水性树脂
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 PAA/DIA 吸水树脂的合成
• 5.2.3 吸水量的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 影响接枝条件的因素
• 5.3.1.1 放电电压对树脂吸水量的影响
• 5.3.1.2 放电时间对树脂吸水量的影响
• 5.3.1.3 后聚合温度对树脂吸水量的影响
• 5.3.2 PAA/DIA 树脂的红外光谱
• 5.4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的科研成果
• 致谢