秸秆基高吸水树脂辐照合成及其性能研究

【摘要】：吸水性物质与人类密切相关,一般吸水性物质,如海绵、纸张、纤维素、脱脂棉、餐巾等,由于只能吸收自重几倍至十几倍的水,加压后易失水,限制了它们的用途。因此,开发新型功能性高分子吸水材料具有重要的理论和现实意义。 本文以小麦秸秆为原料,采用60Coγ射线为聚合手段,在常温常压下,通过射线辐照引发小麦秸秆纤维素与丙烯酸聚合制备高吸水树脂(SAP)的过程,研究了丙烯酸单体与秸秆原料配比、丙烯酸中和度、辐照剂量、秸秆粒径、碱液浓度、碱液处理时间、不同产地秸秆等对辐照秸秆制备SAP产品的吸液性能的影响,并通过单因素试验和正交试验得出优化的辐照聚合工艺条件,制备了吸液性能优越、凝胶强度及保水性能好的秸秆基SAP,并对该SAP样品进行了结构分析,探讨了秸秆基SAP的吸液机理。主要研究结果如下： 1辐照制备秸秆基SAP的最佳工艺条件 聚合反应前,对秸秆进行适当处理,有利于提高反应的速率和SAP产品的吸液性能和其他性质。不同产地的小麦秸秆对最终合成的SAP产品吸液性能影响不大。通过单因素试验和正交试验结果,得出辐照制备SAP的最佳工艺条件为：秸秆粉末25～100目,氢氧化钠溶液浓度为20%-25%,预处理秸秆粉末12-24h,单体与原料比为8：1～10：1,中和度70%～80%,辐照剂量为8～10kGy。 2辐照制备秸秆基SAP的吸液性能测试结果 以优化的工艺条件制备的秸秆基SAP产品,其吸蒸馏水能力为662g/g,吸生理盐水能力为85g/g,吸1%尿素溶液能力为645g/g,吸自来水能力为326g/g,吸自然池塘水能力为299g/g,吸人尿液能力为66g/g。其吸液速率较快,吸蒸馏水和生理盐水,在10min内可以达到吸液饱和状态。 随着盐水浓度的增加,SAP吸液能力开始快速下降,后逐渐缓慢下降,在较高浓度的盐水中仍可以保持较高的吸液能力。在pH为4～10之间的水溶液中吸液倍率基本维持在最大吸液能力范围,均在600g/g以上。在pH4和pH10的水溶液中,吸液能力快速下降。其吸液性能对温度不敏感,在4～60℃的水溶液中吸液性能基本保持不变,均在600g/g左右,热稳定性好。在高温和加压条件下,均有较好的保水性能。 3辐照制备秸秆基SAP的结构与吸液机理 通过对辐照制备的秸秆基SAP样品进行红外光谱分析,确认秸秆纤维素与丙烯酸单体成功聚合为纤维素基SAP。通过对辐照制备的秸秆基SAP吸液过程中电导率的测定和红外光谱分析结果,阐述了该SAP产品的吸液机理,主要是其化学分子结构和空间物理结构共同作用,决定了其特殊的吸液性能和保水性能。 【关键词】：小麦秸秆 辐照 高吸水树脂(SAP) 纤维素 吸液倍率 丙烯酸
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ324.8
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 符号说明8-10
• 1 前言10-25
• 1.1 高吸水树脂简介10-18
• 1.1.1 SAP制备的反应原理11-13
• 1.1.2 SAP的结构13-14
• 1.1.3 SAP的性质14-15
• 1.1.4 SAP的分类15-18
• 1.1.5 SAP的用途18
• 1.2 国内外纤维素系SAP的研究进展18-22
• 1.2.1 不同原料研究19-20
• 1.2.2 不同单体研究20
• 1.2.3 新型合成方法研究20-21
• 1.2.4 吸液性能研究21-22
• 1.3 本论文的研究目的和意义22-25
• 2 材料与方法25-32
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验试剂25
• 2.3 实验仪器25-26
• 2.4 实验方法26-32
• 2.4.1 秸秆前处理方法26
• 2.4.2 试剂配制方法26
• 2.4.3 辐照制备SAP方法26-27
• 2.4.4 剂量计的制备与产品吸收剂量的测定27
• 2.4.5 单因素试验27-29
• 2.4.6 吸液性能测试方法29-31
• 2.4.7 数据分析31-32
• 3 结果与分析32-53
• 3.1 SAP合成工艺的研究与改进32-40
• 3.1.1 单体与秸秆的配比对辐照秸秆合成SAP的影响32
• 3.1.2 丙烯酸中和度对辐照秸秆合成SAP的影响32-33
• 3.1.3 辐照剂量对辐照秸秆合成SAP的影响33-34
• 3.1.4 不同气氛条件对辐照秸秆合成SAP的影响34-36
• 3.1.5 秸秆粒径对辐照秸秆合成SAP的影响36
• 3.1.6 碱液处理时间对辐照秸秆合成SAP的影响36-37
• 3.1.7 碱液浓度对辐照秸秆合成SAP的影响37
• 3.1.8 不同产地小麦秸秆原料对辐照秸秆合成SAP的影响37-38
• 3.1.9 正交试验确定最佳合成工艺条件38-40
• 3.1.10 本实验对传统制备纤维素系SAP工艺的改进40
• 3.2 辐照秸秆制备的SAP的性能测试研究40-46
• 3.2.1 吸不同pH蒸馏水能力40-41
• 3.2.2 吸不同温度蒸馏水能力41-42
• 3.2.3 吸不同浓度盐水能力42-43
• 3.2.4 吸液速率43-44
• 3.2.5 吸液性能44
• 3.2.6 保水性能44-46
• 3.3 SAP结构与可能吸液机理研究46-53
• 3.3.1 SAP的结构表征46-49
• 3.3.2 SAP吸液过程中的电导率49-51
• 3.3.3 SAP吸液机理探讨51-53
• 4 讨论53-56
• 4.1 辐照制备秸秆基SAP的工艺问题53
• 4.2 SAP吸液性能测试的注意事项53-54
• 4.3 辐照制备秸秆基SAP结构与成分探讨54
• 4.4 辐照制备秸秆基SAP市场前景分析54-56
• 5 全文结论56-57
• 参考文献57-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间发表的学术论文目录67-68

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