腐植酸鉀/凹凸棒/聚丙烯酸復(fù)合吸水樹脂的合成及性能研究

化工論文編號(hào):HG018  本論文字?jǐn)?shù):31673,頁數(shù):49
目　錄
1 前    言………………………………………………………………………………1
1.1 研究背景………………………………………………………………………………1
1.2高吸水樹脂……………………………………………………………………………1
1.2.1 高吸水樹脂的特點(diǎn)………………………………………………………………1
1.2.2 高吸水樹脂的分類………………………………………………………………2
1.2.2.1 淀粉類高吸水樹脂…………………………………………………………2
1.2.2.2 纖維素類高吸水樹脂………………………………………………………2
1.2.2.3 合成類高吸水樹脂…………………………………………………………3
1.2.2.4 生物降解型高吸水樹脂……………………………………………………3
1.2.2.5 有機(jī)－無機(jī)復(fù)合高吸水樹脂………………………………………………3
1.2.2.6 具有緩釋肥料功能的高吸水樹脂…………………………………………3
1.2.3 聚合方法…………………………………………………………………………4
1.2.3.1 本體聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.2 溶液聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.3 懸浮聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.4 乳液聚合……………………………………………………………………5
1.2.4 高吸水樹脂在農(nóng)林業(yè)的應(yīng)用……………………………………………………5
1.2.5 研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………………6
1.2.6 高吸水樹脂存在的問題…………………………………………………………7
1.3 有機(jī)-無機(jī)復(fù)合高吸水樹脂……………………………………………………………8
1.3.1 復(fù)合高吸水樹脂的復(fù)合機(jī)理……………………………………………………9
1.3.2 腐殖酸鉀…………………………………………………………………………9
1.3.2.1 腐植酸對(duì)土壤形成和肥力的作用…………………………………………9
1.3.2.2 腐植酸在農(nóng)業(yè)應(yīng)用 ………………………………………………………10
1.3.3 凹凸棒黏土………………………………………………………………………11
1.3.3.1 結(jié)構(gòu)特征……………………………………………………………………11
1.3.3.2 黏土與水的作用……………………………………………………………12
1.3.3.3 黏土的帶電性………………………………………………………………12
1.3.3.4 黏土摻入量對(duì)吸水率的影響………………………………………………13
1.3.4 復(fù)合高吸水樹脂的研究意義……………………………………………………13
1.4 本課題研究目的及內(nèi)容………………………………………………………………14
2 腐植酸鉀/凹凸棒/丙烯酸復(fù)合吸水樹脂的合成與性能…………………………………14
2.1 材料與設(shè)備……………………………………………………………………………14
2.1.1 原料與試劑………………………………………………………………………14
2.1.2 主要儀器設(shè)備……………………………………………………………………14
2.2 復(fù)合吸水樹脂的合成…………………………………………………………………15
2.3 性能測試及表征………………………………………………………………………16
2.3.1 吸水（鹽水）率的測試…………………………………………………………16
2.3.2 吸水（鹽水）速率的測試………………………………………………………16
2.3.3 保水性的測試……………………………………………………………………17
2.3.4 重復(fù)吸水性的測試………………………………………………………………17
2.3.5 紅外分析…………………………………………………………………………17
  2.3.6 綜合熱分析………………………………………………………………………18
  2.4 結(jié)果與討論……………………………………………………………………………18
  2.4.1 凹凸棒黏土對(duì)復(fù)合吸水樹脂性能的影響………………………………………18
  2.4.1.1 凹凸棒黏土對(duì)吸水性的影響………………………………………………18
  2.4.1.2 凹凸棒黏土對(duì)吸鹽水性的影響……………………………………………20
  2.4.1.3 凹凸棒黏土對(duì)樹脂結(jié)構(gòu)的影響……………………………………………21
  2.4.1.4 凹凸棒黏土對(duì)保水（鹽水）性的影響……………………………………21
  2.4.1.5 紅外分析……………………………………………………………………22
  2.4.1.6 綜合熱分析…………………………………………………………………24
  2.4.2 腐植酸鉀對(duì)復(fù)合吸水樹脂性能的影響…………………………………………25
  2.4.2.1 腐植酸鉀對(duì)吸水性的影響…………………………………………………25
  2.4.2.2 腐植酸鉀對(duì)吸鹽水性的影響………………………………………………27
  2.4.2.3 腐植酸鉀對(duì)樹脂結(jié)構(gòu)及吸水情況的影響…………………………………28
  2.4.2.4 腐植酸鉀對(duì)樹脂保水（鹽水）性的影響…………………………………28
  2.4.2.5 腐植酸鉀復(fù)合吸水樹脂的重復(fù)利用性……………………………………30
  2.4.2.6 紅外分析……………………………………………………………………31
  2.4.3 交聯(lián)劑對(duì)吸水樹脂的影響………………………………………………………32
  2.4.3.1 交聯(lián)劑種類對(duì)吸水樹脂的影響……………………………………………32
  2.4.3.2 交聯(lián)劑用量對(duì)吸水樹脂的影響……………………………………………33
  2.4.4 綜合分析吸水樹脂的影響因素…………………………………………………34
  2.4.4.1 吸水樹脂聚合情況的影響…………………………………………………34
  2.4.4.2 吸水樹脂吸水性的影響……………………………………………………35
  2.4.4.3 吸水樹脂吸鹽水性的影響…………………………………………………36
3 結(jié)論與展望…………………………………………………………………………………38
3.1 結(jié)  論…………………………………………………………………………………38
3.2 展  望…………………………………………………………………………………40
參  考  文  獻(xiàn)………………………………………………………………………………41
英  文  摘  要………………………………………………………………………………43
致  謝…………………………………………………………………………………………44

摘　要
 丙烯酸高吸水性樹脂是近幾十年發(fā)展起來的一種新型功能高分子材料，它具有吸水、保水能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但存在耐鹽性差、凝膠強(qiáng)度低、價(jià)格高等不足。腐植酸鉀具有刺激作物生長、促進(jìn)根部發(fā)育、提高土壤肥力等作用，凹凸棒黏土不但可以降低生產(chǎn)成本，還可提高樹脂的凝膠強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等。將腐植酸鉀和凹凸棒黏土復(fù)合改性丙烯酸高吸水性樹脂，有望得到制備一種低成本、高性能的高吸水樹脂。
 本文采用溶液聚合法，以部分中和的丙烯酸作為單體，凹凸棒黏土作為礦物填充料，腐植酸鉀作為有機(jī)填充料，制備腐植酸鉀/凹凸棒/聚丙烯酸復(fù)合吸水樹脂。探討了凹凸棒黏土、腐植酸鉀對(duì)聚合過程的影響，研究了凹凸棒黏土、腐植酸鉀、交聯(lián)劑等對(duì)復(fù)合吸水樹脂吸水性、吸鹽水性、熱穩(wěn)定性等性能的影響，并采用FTIR、TG對(duì)復(fù)合樹脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。
 凹凸棒黏土的加入提高了聚合反應(yīng)速度，使復(fù)合高吸水樹脂的交聯(lián)度變大，部分凹凸棒黏土與聚丙烯酸發(fā)生了接枝，剩余凹凸棒黏土以物理填充的方式存在于樹脂中。凹凸棒黏土用量由5％增至10％時(shí)，吸水樹脂吸水倍率下降明顯；而凹凸棒用量在10%～40%時(shí)，樹脂吸水倍率隨黏土用量的增加呈緩慢下降。適當(dāng)增加凹凸棒黏土的摻入量，可以有效提高復(fù)合吸水樹脂的凝膠強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。
 腐植酸鉀會(huì)降低復(fù)合樹脂的聚合反應(yīng)速率，將腐植酸鉀和凹凸棒復(fù)合有利于控制吸水樹脂的交聯(lián)度。在腐植酸鉀含量在1％～5%之間，吸水樹脂的吸水倍率隨著腐植酸鉀含量的增多而提高，并且在5％時(shí)吸鹽水性能有明顯的提高。腐植酸鉀與凹凸棒黏土共同作用，有利于提高復(fù)合吸水樹脂的吸水倍率。腐植酸鉀在樹脂溶脹過程中部分會(huì)緩釋到溶液中，有利于吸水樹脂重復(fù)使用時(shí)吸水倍率的提高。
 三元復(fù)合吸水樹脂的吸水倍率和吸水速率都要優(yōu)于單純的聚丙烯酸吸水樹脂，同時(shí)吸水樹脂的耐鹽性、凝膠強(qiáng)度有明顯的提高。重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合吸水樹脂的前三次吸水倍率依次增加，重復(fù)使用時(shí)依然能夠保持較好的吸水效果。
關(guān)鍵詞：丙烯酸　高吸水樹脂　腐植酸　腐植酸鉀　凹凸棒粘土 

The Synthesis and Properties of HA-K / Attapulgite Clay / Polyacrylic Acid Composite Superabsorbent
 
 Abstract： This paper described the superabsorbent and the research of organic-inorganic composite superabsorbent at first. And introduced the attapulgite clay, the HA-K nature and the application prospect.
 In view of the actual situation, this article proposed that the humic acid potassium, the attapulgite clay and the acrylic acid carries on the polymerization. The superabsorbent  was prepared f rom the complexes of HA-K/ attapulgite clay/ polyacrylic acid, with ammonium persulfate and sodium hydrogen sulfite as initiator, N,N′-methylene-bis-acylamide as crosslinking agent, by means of water solution copolymerization. To low-cost, low power consumption and simple equipment for the purpose of the process linefor synthesis of a multi-functional, practical and strong organic-inorganic composite superabsorbent. And determine the performance of the superabsorbent, through experimental results show that the impact of various factors in superabsorbent. In the parts of the experiment, we use in the acrylic acid and as a monomer, attapulgite clay as mineral filler and HA-K as an organic filler polymerize HA-K/ attapulgite clay/ polyacrylic acid composite superabsorbent. To study cross-linker, attapulgite clay, the HA-K and other factors affecting. The experiment in order to describe the HA-K/ attapulgite clay/ polyacrylic acid composite superabsorbent of various factors on the properties of polymers.
 Key words: Acrylic acid; Superabsorbent; Humic acid; HA-K; Attapulgite clay