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MMT—淀粉接枝复合吸水剂的研制及性能评价

周明  
【摘要】:本文调研了国内外高吸水树脂理论的相关文献,跟踪和吸收了国内外的关于高吸水性树脂理论的最新研究成果。发现高吸水性树脂的研究大多集中在新产品的合成及应用方面,而对高吸水性树脂的结构与性能的关系、抗温抗盐性能及吸水后凝胶强度等的研究还不够。因此,本文根据插层理论,运用插层技术设计出粘土分散于聚合物基体的聚合物/粘土插层结构。以高岭土、钠基MMT和钙基MMT和绢云母这四种粘土矿物作为插主,制备粘土-有机聚合物超吸水性复合材料,优选出钠基MMT制备复合吸水剂。减少了成本,改善了淀粉类吸水树脂的综合性能。 本研究采用丙烯酰胺与部分中和的丙烯酸等作为客体,在单体溶液中升温糊化淀粉,客体与插主MMT插层,再进行同时接枝交联聚合,在反应过程中无需氮气的保护,制备了MMT-淀粉接枝复合吸水剂。并采用均匀设计方法,综合考虑各因素和交互作用的影响,得到吸水剂的优化合成条件。解决了以往淀粉类吸水剂吸水后强度不高的问题,提高了淀粉类高吸水剂的抗温抗盐性能。 用XRD、IR和SEM等手段来表征其结构,可以看出蒙脱石已经被充分撑开,均匀地分散在聚合物基体中,达到了插层复合的效果。发现MMT-淀粉接枝复合吸水剂存在着三个层次结构,推断出微观结构,提出了复合吸水剂的吸水机理是毛细管效应、网络结构、亲水性基团、溶解度参数和离子渗透压的综合作用。TGA分析了复合材料热稳定性和DSC分析了复合材料玻璃化温度和吸水后水存在的状态。并采用多项技术提高了该复合吸水剂的综合性能。通过SEM在MMT-淀粉接枝复合吸水剂中观察到银纹现象,这为MMT增强增韧聚合物基体提供了有力的佐证。采用表面处理技术,改善了MMT-淀粉接枝复合吸水剂中的MMT与聚合物基体的两相界面作用力,并提出了弹性过渡带模型。提出了吸水剂溶胀的三个阶段模型,发现玻璃态芯的消失快慢决定了凝胶的吸水速度。 将聚合物/无机物复合结构引入到接枝型高吸水剂的结构设计与合成,以实现对高吸水剂的改性,目前在国内还属探索阶段。本论文对蒙脱土/淀粉接枝高吸水复合剂插层结构的研究,丰富了高性能吸水材料的研究方法,拓宽了吸水剂性能与结构设计的新思路。


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