腐植酸钾/凹凸棒/聚丙烯酸复合吸水树脂的合成及性能研究

论文编号:HG018  本论文字数:31673,页数:49

摘　要
 丙烯酸高吸水性树脂是近几十年发展起来的一种新型功能高分子材料，它具有吸水、保水能力强的特点，但存在耐盐性差、凝胶强度低、价格高等不足。腐植酸钾具有刺激作物生长、促进根部发育、提高土壤肥力等作用，凹凸棒黏土不但可以降低生产成本，还可提高树脂的凝胶强度、热稳定性等。将腐植酸钾和凹凸棒黏土复合改性丙烯酸高吸水性树脂，有望得到制备一种低成本、高性能的高吸水树脂。
 本文采用溶液聚合法，以部分中和的丙烯酸作为单体，凹凸棒黏土作为矿物填充料，腐植酸钾作为有机填充料，制备腐植酸钾/凹凸棒/聚丙烯酸复合吸水树脂。探讨了凹凸棒黏土、腐植酸钾对聚合过程的影响，研究了凹凸棒黏土、腐植酸钾、交联剂等对复合吸水树脂吸水性、吸盐水性、热稳定性等性能的影响，并采用FTIR、TG对复合树脂结构进行表征。
 凹凸棒黏土的加入提高了聚合反应速度，使复合高吸水树脂的交联度变大，部分凹凸棒黏土与聚丙烯酸发生了接枝，剩余凹凸棒黏土以物理填充的方式存在于树脂中。凹凸棒黏土用量由5％增至10％时，吸水树脂吸水倍率下降明显；而凹凸棒用量在10%～40%时，树脂吸水倍率随黏土用量的增加呈缓慢下降。适当增加凹凸棒黏土的掺入量，可以有效提高复合吸水树脂的凝胶强度、热稳定性和重复使用性。
 腐植酸钾会降低复合树脂的聚合反应速率，将腐植酸钾和凹凸棒复合有利于控制吸水树脂的交联度。在腐植酸钾含量在1％～5%之间，吸水树脂的吸水倍率随着腐植酸钾含量的增多而提高，并且在5％时吸盐水性能有明显的提高。腐植酸钾与凹凸棒黏土共同作用，有利于提高复合吸水树脂的吸水倍率。腐植酸钾在树脂溶胀过程中部分会缓释到溶液中，有利于吸水树脂重复使用时吸水倍率的提高。
 三元复合吸水树脂的吸水倍率和吸水速率都要优于单纯的聚丙烯酸吸水树脂，同时吸水树脂的耐盐性、凝胶强度有明显的提高。重复使用实验结果表明，复合吸水树脂的前三次吸水倍率依次增加，重复使用时依然能够保持较好的吸水效果。
关键词：丙烯酸　高吸水树脂　腐植酸　腐植酸钾　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

目　录
1 前    言………………………………………………………………………………1
1.1 研究背景………………………………………………………………………………1
1.2高吸水树脂……………………………………………………………………………1
1.2.1 高吸水树脂的特点………………………………………………………………1
1.2.2 高吸水树脂的分类………………………………………………………………2
1.2.2.1 淀粉类高吸水树脂…………………………………………………………2
1.2.2.2 纤维素类高吸水树脂………………………………………………………2
1.2.2.3 合成类高吸水树脂…………………………………………………………3
1.2.2.4 生物降解型高吸水树脂……………………………………………………3
1.2.2.5 有机－无机复合高吸水树脂………………………………………………3
1.2.2.6 具有缓释肥料功能的高吸水树脂…………………………………………3
1.2.3 聚合方法…………………………………………………………………………4
1.2.3.1 本体聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.2 溶液聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.3 悬浮聚合……………………………………………………………………4
1.2.3.4 乳液聚合……………………………………………………………………5
1.2.4 高吸水树脂在农林业的应用……………………………………………………5
1.2.5 研究现状…………………………………………………………………………6
1.2.6 高吸水树脂存在的问题…………………………………………………………7
1.3 有机-无机复合高吸水树脂……………………………………………………………8
1.3.1 复合高吸水树脂的复合机理……………………………………………………9
1.3.2 腐殖酸钾…………………………………………………………………………9
1.3.2.1 腐植酸对土壤形成和肥力的作用…………………………………………9
1.3.2.2 腐植酸在农业应用 ………………………………………………………10
1.3.3 凹凸棒黏土………………………………………………………………………11
1.3.3.1 结构特征……………………………………………………………………11
1.3.3.2 黏土与水的作用……………………………………………………………12
1.3.3.3 黏土的带电性………………………………………………………………12
1.3.3.4 黏土掺入量对吸水率的影响………………………………………………13
1.3.4 复合高吸水树脂的研究意义……………………………………………………13
1.4 本课题研究目的及内容………………………………………………………………14
2 腐植酸钾/凹凸棒/丙烯酸复合吸水树脂的合成与性能…………………………………14
2.1 材料与设备……………………………………………………………………………14
2.1.1 原料与试剂………………………………………………………………………14
2.1.2 主要仪器设备……………………………………………………………………14
2.2 复合吸水树脂的合成…………………………………………………………………15
2.3 性能测试及表征………………………………………………………………………16
2.3.1 吸水（盐水）率的测试…………………………………………………………16
2.3.2 吸水（盐水）速率的测试………………………………………………………16
2.3.3 保水性的测试……………………………………………………………………17
2.3.4 重复吸水性的测试………………………………………………………………17
2.3.5 红外分析…………………………………………………………………………17
  2.3.6 综合热分析………………………………………………………………………18
  2.4 结果与讨论……………………………………………………………………………18
  2.4.1 凹凸棒黏土对复合吸水树脂性能的影响………………………………………18
  2.4.1.1 凹凸棒黏土对吸水性的影响………………………………………………18
  2.4.1.2 凹凸棒黏土对吸盐水性的影响……………………………………………20
  2.4.1.3 凹凸棒黏土对树脂结构的影响……………………………………………21
  2.4.1.4 凹凸棒黏土对保水（盐水）性的影响……………………………………21
  2.4.1.5 红外分析……………………………………………………………………22
  2.4.1.6 综合热分析…………………………………………………………………24
  2.4.2 腐植酸钾对复合吸水树脂性能的影响…………………………………………25
  2.4.2.1 腐植酸钾对吸水性的影响…………………………………………………25
  2.4.2.2 腐植酸钾对吸盐水性的影响………………………………………………27
  2.4.2.3 腐植酸钾对树脂结构及吸水情况的影响…………………………………28
  2.4.2.4 腐植酸钾对树脂保水（盐水）性的影响…………………………………28
  2.4.2.5 腐植酸钾复合吸水树脂的重复利用性……………………………………30
  2.4.2.6 红外分析……………………………………………………………………31
  2.4.3 交联剂对吸水树脂的影响………………………………………………………32
  2.4.3.1 交联剂种类对吸水树脂的影响……………………………………………32
  2.4.3.2 交联剂用量对吸水树脂的影响……………………………………………33
  2.4.4 综合分析吸水树脂的影响因素…………………………………………………34
  2.4.4.1 吸水树脂聚合情况的影响…………………………………………………34
  2.4.4.2 吸水树脂吸水性的影响……………………………………………………35
  2.4.4.3 吸水树脂吸盐水性的影响…………………………………………………36
3 结论与展望…………………………………………………………………………………38
3.1 结  论…………………………………………………………………………………38
3.2 展  望…………………………………………………………………………………40
参  考  文  献………………………………………………………………………………41
英  文  摘  要………………………………………………………………………………43
致  谢…………………………………………………………………………………………44

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