高吸水性树脂的合成、改性研究

论文摘要

1961年美国农业部北方研究所C.R.Russell等对淀粉接枝丙烯腈的研究开创了高吸水性树脂的先河。高吸水性树脂作为一种新兴的功能高分子材料,已广泛应用于卫生材料、医药制剂辅料、农林园艺、蓄冷剂、蓄热剂、污泥固化剂、食品保鲜剂、织物印染和复合吸水材料等方面。全球已经有百万吨/年的应用规模,在发达国家高吸水性树脂已经成为一种基本的工农业生产资料。高吸水性树脂有如下特性:①高倍数的吸水能力。高吸水性树脂具有能够吸收数十、数百乃至上千倍相当自身重量水的能力,吸收水分后形成失去流动性的水凝胶,起到水的“固化”作用,作为水的载体使用。②高保水能力。高吸水性树脂吸收的水分进入树脂的三维网络内部,达到分子级别的水-载体融合,使高吸水性树脂不仅有自然条件、热环境保水性,也有良好的加压保水性。③快速吸水能力。经过吸水速度改善的处理,高吸水性树脂细粉可以在一分钟以内达到饱和吸水量。本论文通过研究影响聚丙烯酸钠吸水性能的多种因素,探索适用于工业化生产的水溶液聚合工艺,研究了改性处理的方案,同时也探讨了延长高吸水性树脂使用寿命的方案。本论文研究工作分为以下三部分:1.卫生材料用高吸水性树脂的制备（1）交联聚丙烯酸钠高吸水性树脂的制备以过硫酸铵-亚硫酸钠为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,合成了交联聚丙烯酸钠。研究了影响吸水倍数的因素,包括单体浓度、引发剂用量、交联剂用量、引发温度,能够根据需要合成吸水倍数在200-700倍的不同产品。不片面追求过高的吸水倍数,确保产品吸水后有一定的强度,有良好的成型性,为进一步改性提高吸水倍数和吸水速度提供原材料。水溶液聚合法对设备要求低,控制方便,对环境污染小,容易实现工业化放大生产。（2）改善吸水性能的后处理在获得基础原材料的基础上,通过对粒子的再交联后处理反应,制备壳核结构外部交联密度大、内部交联密度小的树脂颗粒,极大的提高了吸水速度,改善了水在粒子间的传递速度,使吸水后的粒子有较好的干爽性、分散性,对人工尿液有较好的吸收倍数、高速的吸收速率,适合妇女卫生巾、婴儿纸尿裤、成人失禁垫片领域使用性能要求。2.通讯光缆用阻水粉的制备制备出高倍数的交联聚丙烯酸钠后,进行表面再交联的后处理。实验结果:阻水粉吸水倍数为470倍,吸水速度为1分钟内达到饱和。膨胀速度10 mm,膨胀高度13 mm。后两个指标偏低,距离标准要求还有一定差距,需要进一步研究。3.凉帽用高吸水性树脂的制备和改性（1）部分中和的丙烯酸和丙烯酰胺的共聚制备高硬度低倍数高吸水性树脂通过部分中和的丙烯酸、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的交联共聚反应,制备了大约100 g/g吸水倍数的高吸水性树脂。该树脂吸水凝胶不仅硬度大,而且韧性也好,在外力挤压下不容易破碎。但由于共聚树脂分子结构中的侧链上-CONH2能够与布匹整理剂释放的甲醛反应,该树脂丧失高吸水能力。（2）高硬度交联聚丙烯酸钠高吸水性树脂通过低浓度引发剂、保温聚合、加大交联剂用量的方法制备了高硬度交联聚丙烯酸钠高吸水性树脂。该树脂吸水倍数也在100 g/g上下,对布匹释放的甲醛不敏感。但该树脂凝胶韧性不如含有丙烯酰胺的共聚高吸水性树脂好,容易在挤压下破碎。（3）耐紫外光线的高吸水性树脂改性处理对以上两种树脂改进,增强了耐紫外光线能力。经过处理的树脂耐紫外光线寿命为处理前的3倍,使树脂更适合实际需要。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• Abstract
• 文献回顾
• 1.1 高吸水性树脂的用途
• 1.1.1 医药卫生用品方面的应用
• 1.1.2 农林、园艺方面的应用
• 1.1.3 建筑材料方面的应用
• 1.1.4 其它方面的应用
• 1.2 高吸水性树脂的性能
• 1.2.1 吸水性
• 1.2.2 凝胶强度
• 1.2.3 保水性
• 1.2.4 水溶解性
• 1.2.5 稳定性
• 1.2.6 增稠性
• 1.2.7 选择吸水性
• 1.2.8 安全性
• 1.2.9 相容性
• 1.2.10 吸氨性
• 1.3 外部影响吸水能力的因素
• 1.4 高吸水性树脂的生产状况
• 1.5 高吸水性树脂的分类
• 1.5.1 按原料来源分类
• 1.5.2 按亲水化方法分类
• 1.5.3 按交联方法分类
• 1.5.4 其他分类方法
• 1.6 高吸水性树脂的吸水理论
• 1.6.1 Flory 公式
• 1.6.2 吸水动力学理论
• 1.7 SAP 的合成方法
• 1.8 合成方法的选择
• 1.8.1 单体丙烯酸处理方式的分析和方案
• 1.8.2 聚合引发前对脱氧条件的考察和分析
• 1.8.3 引发剂的选择
• 正文
• 第一部分 交联聚丙烯酸钠的合成及性能研究
• 1 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 主要实验仪器和化学试剂
• 2.1.1 主要实验仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.2 原料的保存
• 2.3 交联聚丙烯酸钠的合成
• 2.3.1 聚丙烯酸盐类的 SAP 制备流程
• 2.3.2 实验操作
• 2.4 高吸水性树脂的测试
• 2.4.1 吸液能力
• 2.4.2 吸液速率
• 2.4.3 保水能力
• 2.4.4 单体转化率
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 影响交联聚丙烯酸钠吸水性能的因素
• 2.5.1.1 交联剂用量对吸水倍数的影响
• 2.5.1.2 引发剂用量对吸水倍数的影响
• 2.5.1.3 引发温度对吸水树脂溶解度的影响
• 2.5.1.4 丙烯酸中和度对吸水性能的影响
• 2.5.1.5 单体浓度的影响
• 2.5.1.6 高吸水性树脂的吸水速率
• 2.6 高吸水性树脂的红外光谱结构表征
• 2.7 制备适合卫生材料用高吸水性树脂的正交试验
• 2.7.1 正交试验的追加实验
• 第二部分 高吸水性树脂的改性研究
• 第一章 卫生材料用高吸水性树脂的改进
• 1 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 吸水树脂的制备
• 2.3 表面交联处理液的配制
• 2.4 表面交联处理
• 3 红外光谱结构表征
• 4 结果与讨论
• 4.1 处理液中乙醇的作用及其用量对树脂吸水性能的影响
• 4.2 处理液中MBAA 用量对性能的影响
• 4.3 处理液中硫酸铝用量对吸水性能的影响
• 4.4 甘油用量对凝胶强度的影响
• 5 结论
• 第二章 光缆阻水粉的研究
• 1 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 高倍数的交联聚丙烯酸钠的制备
• 2.2 改性处理
• 2.2.1 处理液的组成
• 2.2.2 处理液混合
• 2.2.3 性能测试
• 2.2.4 结论
• 第三章 凉帽用高吸水性树脂的合成、改性处理
• 1 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 性能测试
• 2.2 解决反复吸水的方案
• 2.3 凉帽用高吸水性树脂的耐紫外光线研究
• 2.3.1 紫外光线吸收剂增加树脂凝胶寿命的实验
• 2.3.2 实验结果与改进措施
• 小结
• 附录
• 参考文献
• 个人简历和研究成果
• 致谢