半纤维素-g-丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂的制备及改性研究

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高吸水树脂具有吸水能力和保水能力,经过数十年发展已在农林园艺、土木建筑、石油化工、医疗卫生等领域得到广泛应用。然而,随着人们生活水平的提高,资源、环境意识的增强,除生物降解能力之外,当今人们都在追求耐盐性更好、力学强度更高、生产成本更低的高吸水树脂,旨在进一步推动吸水树脂的发展和应用。为了节约资源、保护环境,降低成本、提高综合性能,需对高吸水树脂进行优化改性。本论文以粘胶纤维生产过程中产生的半纤维素废碱液、部分中和的丙烯酸、膨润土为原料,过硫酸铵-亚硫酸氢钠((NH4)2S2O8-Na HSO3)为氧化还原引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,在微波辐射条件下合成半纤维素-g-丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂,考察了丙烯酸用量、膨润土用量、引发剂用量、交联剂用量、丙烯酸中和度、聚合温度这六个因素对复合树脂吸水率和吸盐水率的影响,确定了较适宜的物料配比及合成条件,并对产物进行了性能测试和结构表征。结果表明:当丙烯酸(AA)与半纤维素质量比为10:1,膨润土用量为10%(无特别说明之外,本论文中各物质用量以丙烯酸用量为基准),引发剂用量为8%,NMBA用量为3%、丙烯酸中和度为85%、聚合温度为50℃时,复合树脂具有最佳的吸液性能,吸水率为849g/g,吸盐水率为115g/g。此外,复合膨润土在降低成本的同时,使树脂网络结构得到改善,吸水速率、凝胶强度、热稳定性显著提高。实验得到的半纤维素-g-丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂虽拥有较高的耐盐性、吸水速率、凝胶强度和热稳定性,但吸水倍率和保水性能与复合膨润土之前的半纤维素-g-丙烯酸高吸水树脂相比并没有有效改善。因此,为完善并提升树脂综合性能,本论文在半纤维素-g-丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂基础上分别引入聚乙烯醇(PVA)和甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)进行进一步优化改性。分别考察了PVA、DFHMA用量对产物吸液性能的影响,对比分析了改性前后树脂吸水速率、保水能力和凝胶强度,并使用FTIR、TGA、SEM对产物结构进行了表征。结果表明:当PVA用量为3%时,PVA改性树脂吸液性能最好,吸水率为1194g/g,吸盐水率为155g/g;当DFHMA用量为5%时,DFHMA改性树脂吸液性能最好,吸水率为1141g/g,吸盐水率为148g/g。此外,两种改性剂的引入及其与粘土的协同作用不但使树脂吸水倍率与保水性能得到有效改善,同时使吸水速率、凝胶强度以及热稳定性进一步提高。
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