高吸水树脂分析研究背景与意义.pdf
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1、1 / 14 本论文的研究目的就是充分利用纤维素这一可再生资源,在保留其原有吸 水结构的基础上,通过接枝共聚改性使其亲水基团多样化,合成具有多种亲水 基团的多元高吸水性树脂,在合成工艺和吸水性能方面进行一些探索研究。纤 维素主链的半刚性和良好的延展性能使合成的高吸水性树脂网络的稳定性和膨 胀性能更好,起到桥梁作用,增加网络空间,提高树脂的吸水性能。其研究意 义在于,从20 世纪 60 年代开始,高吸水性树脂是发展起来的新型功能高分子 材料。它的吸水保水性能非常优异,同时又具备高分子材料的优点,有良好的 加工性能和使用性能,现已广泛应用于工业、农业、食品、医疗卫生、生活用 品和环境保护等领域。
2、本研究在保持纤维素原有吸水结构的基础上,对其进行接枝共聚改性,用 羧甲基纤维素接枝丙烯酸和丙烯酰胺制备多元高吸水树脂,并测出树脂的吸水 倍数,考察一些因素对吸水倍数的影响,找出最佳实验方案。 制备多元高吸水性树脂的优化条件:羧甲基纤维素用量为1g,丙烯酸用量 为 4g,丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为1:1,交联剂为0.04g,引发剂为0.18g, 丙烯酸中和度为 60%,反应温度为 50,反应时间 1.5h。 This thesis research purpose is to make full use of cellulose this renewable resources, keep it
3、s original in water, based on the structure of modification made by grafting polymerization hydrophilic groups, diversification, the synthesis of hydrophilic groups of multiple superabsorbent resin in synthesis process and bibulous, search some properties. The main chain of cellulose of semi-rigid a
4、nd good ductility can make synthetic superabsorbent network stability and expansion, have better performance bridge, increase network space, improve the resin absorption ability. The research significance lies in the 1960s, from the start, the rise and development of superabsorbent resin is the new
5、functional polymer materials. It is very outstanding, water retention performance but have the advantages of polymer materials, have good processing and workability, has been widely used in industry, agriculture, food, medicine and health, supplies and environmental protection etc. This study in kee
6、p cellulose based on the structure of the original water, and carry on the grafting polymerization modification, with carboxymethyl cellulose grafted acrylic and acrylamide preparation multivariate tall bibulous colophony, and measure the resin, examine some water to multiple factors influence of ab
7、sorbing multiples, find out the best experiment scheme. 2 / 14 Preparation multivariate superabsorbent resin optimality conditions: carboxymethyl cellulose dosage, acrylic dosage for 1g for 4g, acrylic and acrylamide quality ratio of 1:1, crosslinking agent for 0.04 g, initiator for 0.18 g, acrylic
8、acid neutralization degree 60% for 50 , reaction temperature, reaction time 1.5h. Carboxymethyl cellulose, Grafting polymerization, multivariate, Tall bibulous colophony 高吸水树脂作为一种新型功能高分子材料一直受到广泛的关注和研究。它 含有许多强亲水性基团,并具有一定的交联度,通过水合作用能吸收相当于自 身质量数百倍甚至于千倍的水而溶胀,呈凝胶状,在一定的压力下水不会析 出,凝胶物干燥后可以恢复其吸水性能。高吸水树脂广泛用于妇
9、女卫生巾、婴 儿纸尿裤和土壤改良剂、抗血栓材料、水果保鲜剂等领域。Super absorbent polymer(简称SAP这个单词也应运而生。近些年来,高吸水性树脂的需求量年 增长率一直保持在两位数。作为一种新型功能高分子材料,随着人们研究的不 断深人,生产技术的日益成熟及应用领域的不断扩大,高吸水性树脂将会越来 越受到关注。人们对环境及日常生活要求的不断提高也使其得到了迅速的发 展。因此,展望 21世纪,高吸水性树脂是有着广阔发展空间的化工产品之一, 将占有更大的优势和更广的市场。 纤维素自古以来就是人们经常使用的吸水材料,是合成高吸水性树脂的三 大原料之一,具有储量丰富、可再生、价格低廉
10、、对环境友好等特点,因此受 到各国研究人员的关注。历史上,纤维素是高分子化学诞生和发展时期的主要 研究对象。以后,随着石油基化工产品和合成材料的涌现及发展,人们对纤维 素研究的兴趣逐渐淡化。然而,近年来石油化工原料价格猛涨,以及对环境污 染和健康等问题的重视,使人们把注意力重新集中到纤维素这一可再生资源上 来。20 多年来,纤维素系高吸水性树脂的发展相当迅速,产品的种类很多,应 用范围不断扩大,已发展成为吸水性材料的重要组成部分。 目前,研究开发高性能的高吸水性树脂仍然存在难点。而带有多种亲水基 团的高吸水性树脂比带单种亲水基团的高吸水性树脂具有更优越的吸水性能, 因此前者是发展高吸水性树脂的
11、重要方向。 因此,本研究选用纤维素这一天然可再生资源,合成羧甲基纤维素接枝 丙烯酸、丙烯酰胺型多元高吸水性树脂。创新之处在于将多种亲水基团引入纤 维素主链,使亲水基团多样化,通过不同基团之间的相互协同作用以改善高吸 3 / 14 水性树脂的吸水性能。在石油资源日趋枯竭的今天,此类产品必将具有良好的 应用前景。 高吸湿性树脂材料是一种带有强亲水基团的空间网络结构功能高分子材料,具 有优异的吸湿、保湿性能。无机吸湿材料如木炭、分子筛、变色硅胶等多呈固 体颗粒状,吸湿容量低为自身质量的10%30%,用量大,重复吸湿放湿过程 很容易粉碎,影响使用效果。高吸湿性树脂吸湿容量可达自身重量的数倍,吸 湿速度
12、达 2 mg/高吸水性树脂的高性能化 吸水倍率和吸水速率是高吸水性树脂的主要性能指标,但二者似乎是冲突的。 离子型树脂吸水倍率高,但吸水速率慢;而非离子型树脂则刚好相反。二者性 能均优的高吸水性树脂正是我们要研究开发的。提高吸水速率可以通过增大树 脂的比表面 (粉碎或制成片状等 和亲水基团多样化 (引入非离子型亲水基团 来 实现。此外,高吸水性树脂是一种交联的高分子电解质,吸液率受离子影响较 大,故耐盐性较差,而实际应用中,几乎都是在离子溶液中,为此,耐盐能力 的提高也是急需解决的问题。目前已进行了一系列改性,但性能依然不能满足 人们的需要。高吸水性树脂的高性能化是未来的主要发展趋势。 2高吸
13、水性树脂的复合化 材料复合化是发展的必然,高吸水性树脂也不例外,为了降低成本,提高性能 ,出现了一系列吸水性复合材料:高吸水性树脂可与无机物、有机物、高分子等 复合,制备出性能优良、成本较低的吸水性复合材料,如高岭土一高吸水性树 4 / 14 脂复合材料、吸水性橡胶材料、吸水性塑料(将高吸水性树脂与塑料或橡胶混合 制成密封材料,用于隧道和地铁工程的止水材料,该类复合材料既具有吸水特 性,又具有相混材料的性质及吸水性纤维等。尤其是高吸水性纤维更是引人注 目,它兼具化工和纺织两个行业的特色,其优越的性能将使其在未来得到很好 的发展。 3高吸水性树脂吸水性凝胶材料 吸水性凝胶材料的应用也是未来高吸水
14、性树脂研究的一大方向,利用高吸水性 树脂凝胶的性质来研制智能型凝胶是具有广阔应用前景的。 4可生物降解型高吸水性树脂 随着人们环保意识的增强,生物可降解高分子材料的开发和应用己日益受到政 府、企业和科研机构的重视。高吸水性材料作为一种高分子材料,随着它在各 个领域日益广泛的应用,对其可生物降解性能的要求也逐渐被提上日程。对高 吸水性材料生物可降解性的研究直到90年代国外才见有报道,国内几乎是一片 空白。目前己报道的含海藻酸盐、纤维素、聚乳酸的高吸水性材料虽具有一定 的生物降解性,但在海藻酸盐、纤维素、聚乳酸组分被微生物降解后,接枝或 交联的其它组分 (如聚丙烯酸 仍然保留下来,未能达到100%
15、的降解。 5氨基酸类高吸水性材料 氨基酸类高吸水性材料吸水倍率较高,是今后的一个发展方向。但从国外报道 来看,用微生物体合成的高吸水性材料吸水量较小,需进一步改进,然而就目 前微生物合成技术水平来看,尚有较大的研究难度。 6抗电解质型高吸水性树脂 现有的高吸水性树脂除聚环氧乙烯系列高吸水性树脂等非聚电解质外,绝大部 分高吸水性树脂分子链上均含有梭基等类似离子基团,耐电解质性能较差,因 而限制了其在电解质浓度较高条件下的应用。关于如何提高高吸水性树脂的抗 电解质性能也是今后的一个研究方向。 高吸水性树脂是当前国内外广泛研究开发的一类新型功能高分子材料,其 开发和研究只有几十年的历史。 1961年
16、,美国农业部北方研究所C.R.Rissell等从淀粉接枝丙烯腈开始研究, G.F.Fanta等在此基础上研究,并于1966年指出 “ 淀粉衍生物的吸水性材料具有优 越的吸水能力,吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强,即使加压也不与水分 离,这些特性都超过以往的高分子材料” 。当时由于应用开发上的局限性,没能 引起人们的充分关注。1974年,G.F.Fanta等用糊化淀粉一丙烯腈接枝共聚后水 解的产物合成高吸水性树脂,并成功地实现了工业化。这种牌号为H一SPAN的 5 / 14 树脂具有很强的吸水能力,吸水量相当于自身重量的几百倍,从而引起了各国 研究者的浓厚兴趣。 1975年4月,美国的Grain
17、Proeessing 公司宣布研究开发成功 淀粉一聚丙烯腈系高吸水性树脂并进入市场。从此,高吸水性树脂逐渐形成一 个独立、新兴的科研领域,尤其是口本后来居上。首先是日本的三洋化成公司 考虑到丙烯睛单体残留在聚合物中有毒、不安全,提出了不同的制造方法,即 淀粉、丙烯酸、交联性单体接枝共聚反应的合成方法,于1975年开发成功淀粉 一聚丙烯酸接枝共聚物,1978年开始工业化生产,以牌号为SanwetIM一300的 商品名著称于世。1978年,日本厚生省批准高吸水性树脂可以用于卫生用品领 域,用它制的卫生巾、纸尿片等不仅重量轻、吸液量大、保水性能好,而且安 全无毒,深受广大消费者的欢迎。可以说,高吸水
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