黄胞胶接枝改性制备绿色高吸水性树脂的研究

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高吸水性树脂(SAR)因其良好的吸水及保水性能,在人们的生产生活中得到了广泛的应用。但当今市面上的产品多为石油产品原料合成,生产成本高且降解性能极差。随着人们对环境污染问题越来越多地关注,寻找价格低廉且可生物降解的原材料,合成高性能环境友好型的绿色高吸水性树脂具有重大的意义。黄胞胶属微生物多糖,是一种自然界存在的易降解的有机物质,分布广泛,是生产高吸水性树脂的很有价值的原料。本论文在保证高吸水性树脂成本低廉和高吸水性能的前提下,采用可生物降解的黄胞胶(XG)作为基本骨架,以亲水性较好的离子型化合物AA(丙烯酸)与AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)以及亲盐性较好的非离子型单体AM(丙烯酰胺)为接枝单体,对黄胞胶进行化学改性,通过接枝反应制成了黄胞胶基高吸水树脂。采用均匀设计法对合成工艺进行优化,得出最佳制备条件。采用各种现代分析仪器对吸水树脂进行了结构表征和形态分析。讨论了产品在不同溶液条件下的吸液能力,并对树脂在土壤中的应用进行了研究。本论文主要研究内容如下:(1)采用溶液聚合的方法制备了黄胞胶接枝丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(XG/P(AA-AMPS))高吸水树脂。采用U10*(10~4)均匀设计对合成工艺进行优化,得出最佳合成条件为:黄胞胶2g,丙烯酸用量12g,引发剂用量为单体质量的0.5%,丙烯酸的中和度为80%,聚合反应温度为60℃。在这个合成条件下所制备的XG/P(AA-AMPS)高吸水树脂吸水倍率为997.1g/g,吸生理盐水倍率为170.2g/g。通过FT-IR、TGA和DSC对合成的高吸水性树脂进行了结构表征及热性能分析。红外光谱分析结果显示丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)已接枝到黄胞胶分子链上,热失重分析(TGA)表征结果显示,黄胞胶接枝共聚物XG/P(AA-AMPS)的热稳定性优于黄胞胶(XG);热性能分析(DSC)结果表明合成的高吸水树脂在高温条件具有良好的保水性能。(2)以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为黄胞胶(XG)的接枝改性剂,采用反向悬浮聚合法制备了高吸水性树脂—接枝改性共聚物(XG/P(AA-AM))。采用U10*(10~4)均匀设计法对XG/P(AA-AM)的合成工艺进行了优化。结果表明:XG/P(AA-AM)的最佳合成条件为:黄胞胶2g、m(AA)=10g、w(引发剂)=0.5%(相对于单体总质量而言)、AA中和度80%、反应温度60℃,此时XG/P(AA-AM)的吸水倍率为890.1g/g,吸盐水倍率为182.5g/g;傅里叶红外光谱(FT-IR)分析结果显示丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)已接枝到黄胞胶分子长链上,XRD分析结果表明:接枝反应发生在黄胞胶(XG)结构的无定形区;扫描电镜(SEM)观测结果显示,接枝共聚物XG/P(AA-AM)表面形成的多孔网络结构,有利于其对水分子的接触与吸附。(3)对XG/P(AA-AMPS)高吸水性树脂进行了吸液性能的试验。实验结果表明:树脂的吸水倍率随着其粒度的降低而减小,而其吸液速率随着其颗粒度的降低而呈先增大后减小的趋势;产品对有机溶剂有一定的吸收能力,吸液量与溶剂的介电常数有关;树脂对不同浓度含铵态氮溶液及人造配方尿,人造配方血液都有一定的吸收能力,可进一步应用于医药卫生领域。(4)对XG/P(AA-AM)高吸水性树脂在土壤中的应用进行了研究,研究结果表明:树脂的应用可大大提高土壤的吸水能力同时提高土壤的保水性能。采用土壤掩埋法研究了树脂在土壤中的降解性能,实验证明本课题合成的黄胞胶基高吸水性树脂可以在土壤中降解,应用于农林业可降低对环境的污染。
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