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高岭土/丙烯酸盐复合吸水树脂的合成及表征

李杰  
【摘要】: 高吸水性树脂是一种结构松散的低交联密度亲水性高分子聚合物。能够吸收自身质量几百倍乃至几千倍的水分,并且吸水速度较快,保水性能较好,即使有压力的情况下也难以把水分分离出来。因此,高吸水性树脂在工业、林业、果林园艺设计和医疗卫生等领域得到非常广泛的应用。本文采用水溶液聚合法合成了高岭土复合高吸水树脂,分析测定了复合树脂的吸水性能、影响因素及其结构形貌等。 在高岭土/聚丙烯酸钾复合吸水树脂的研究中,以部分中和的丙烯酸和高岭土为原料,过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法合成了高岭土/聚丙烯酸钾复合树脂。并对单体的中和度、高岭土的添加量、交联剂用量,引发剂用量和单体浓度对复合高吸水性能的影响因素进行了研究。实验结果表明:当单体的中和度为80%,引发剂用量为0.25%,交联剂用量为0.015%时,单体浓度为35%,可以合成出性能较好的复合型高吸水性树脂,其在蒸馏水与盐水中的吸水倍率分别可达728g/g和70.2 g/g。 在高岭土/聚丙烯酸钾-丙烯酰胺复合吸水树脂的研究中,以部分中和的丙烯酸、丙烯酰胺和高岭土为原料,过硫酸钾为引发剂,N, N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法合成了高岭土/聚丙烯酸钾-丙烯酰胺复合吸水树脂。实验结果表明:当丙烯酰胺用量为6%,单体的中和度为80%,引发剂用量为0.28%,交联剂用量为0.015%时,单体浓度为35%,合成的复合型高吸水性树脂在蒸馏水和盐水中的吸水倍率分别达919g/g和92 g/g。 在高岭土/淀粉接枝聚丙烯酸钾复合吸水树脂的研究中,比较了玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、地瓜淀粉、小麦淀粉分别接枝聚丙烯酸钾合成复合吸水树脂,玉米淀粉合成吸水树脂的吸水性能明显优于其它淀粉。因此以玉米淀粉、部分中和的丙烯酸和高岭土为原料,过硫酸钾为引发剂,N, N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法合成了高岭土/淀粉接枝聚丙烯酸钾复合吸水树脂。实验数据表明,在采用玉米淀粉用量为10%的条件下,单体浓度为35%,交联剂用量为0.013%,引发剂用量0.25%,单体中和度为80%,交联共聚反应得复合吸水树脂在蒸馏水与盐水的吸水倍率分别为654g/g和66g/g。 应用电子扫描显微镜(SEM)、X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(IR)及热重分析(TG),对高岭土/聚丙烯酸钾高吸水树脂进行形貌分析得知,在复合过程中高岭土的结构没有发生变化,而是以微小颗粒状形态均匀分散于高分子基体中。高岭土在与反应单体复合过程中,在高分子基体发生了表面接枝聚合反应。添加高岭土的聚丙烯酸钾高吸水复合材料的热稳定性进一步提高。 通过在土壤中使用上述三种复合吸水树脂实验测试表明:复合吸水树脂能有效提高土壤吸水保水能力,也能够增强土壤的抑蒸发能力和体积膨胀率,但不会影响农作物生长。


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