纤维与水凝胶复合材料的制备与应用

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yyqzhang
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聚内烯酸(Polyacrylic acid, PAA)树脂是一种轻度交联的高吸水性高分子聚合物,广泛应用于农林园艺、卫生用品等领域。然而,大于100目(粒径小于150μm)的树脂粉末吸水后容易形成“团粒子”,从而造成凝胶阻塞,因此常被回收重新造粒。为了合理利用这部分细小树脂粉末,本论文以丙烯酸(Acrylic acid, AA)为单体,在紫外光引发过程中加入微晶纤维素(Microcrystalline cellulose, MCC)以构建半互穿网络结构,制备聚丙烯酸/微晶纤维素(Polyacrylic acid/microcrystalline cellulose, PAA/MCC)复合高吸水性树脂;采用层压复合技术,将制备的大于120目(粒径小于125岬)的PAA/MCC复合高吸水性树脂以干粉的形式添加到两层纸页之间,通过胶粘剂层合得到具备高吸液性能的类似“三明治”的纸基功能材料。本论文主要研究内容如下:(1)PAA/MCC复合高吸水性树脂的制备以丙烯酸和微晶纤维素为原料,紫外光引发聚合得至刂PAA/MCC复合高吸水性树脂。在制备过程中,MCC可提供合成PAA/MCC高吸水性树脂的偶合点,从而提高合成树脂的吸液性能。结果表明,当MCC加入量为1.0%(以AA为基准)时,PAA/MCC复合高吸水性树脂表面凹凸不平,孔隙较多,吸液效果最佳。此时,饱和吸水倍率为548.8g/g,相较于未添加MCC时增大了28.61%;饱和吸盐水倍率(0.9% NaCl)为53.6g/g,相较于未添加MCC时增大了38.86%。另外,1.0 g PAA/MCC复合高吸水性树脂吸收100.0-g去离子水的时间为24.50 s,比未添加MCC时快了10.31s;吸收20.0g0.9%NaCl溶液的时间为17.35 s,比未添加MCC时快了4.63 s。(2)高吸水纸的制备利用合成的大于120目(粒径小于125μm)的PAA/MCC复合高吸水性树脂和不同类型胶黏剂,采取层压复合技术制备高吸水纸,并对相关工艺参数进行优化。选取阳离子淀粉(Cationic starch, CS)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)和羧甲基纤维素钠(Sodium carboxymethyl cellulose, CMC)三种胶粘剂,考察不同胶黏剂比例两两复配使用后的粘结性能,同时评价其对纸页强度的影响。结果表明,采用PVA和CMC组成的复配胶粘剂,层压复合获得的纸页的综合性能最好,其中湿内结合强度增幅显著。在最佳胶粘剂用量下(7g/m2, PVA/CMC复配比例为3:2),进行L9(34)正交实验,进一步优化层压复合工艺条件。结果表明,当PAA/MCC复合高吸水性树脂加入量为2 gcmm2,层压压力为300 kPa,加压时间为210 s,加热温度为105℃时,制备的高吸水纸撕裂指数为10.27 mN·m2·g-1,对去离子水和0.9%NaCl溶液的吸收倍率分别为546.7 g/m2和55.3g/m2(包括两层基纸的吸水量),与PAA/MCC本身相近,但是高吸水纸与水接触时,接触角的角度减小变缓,吸水时间延长,亲水性降低。
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