纤维素/丙烯酸类聚合物/MMT高吸水性复合材料的制备
高吸水性树脂作为一种新型功能高分子材料，已经在各个领域得到日益广泛的应用。随着我国西部大开发和国家对环境保护的重视，高吸水性树脂在沙漠防治，防止水土流失，植树造林，处理废水等方面的需求日益增加。所以，加快高吸水性树脂的研究有着非常重要的意义。纤维素是地球上最丰富的天然资源，以其可再生性和丰富的含量以及无毒、可降解、对环境友好的特点受到各国研究人员的关注，相应的纤维素改性高吸水性树脂的研发也逐渐受到重视。
本文采用水溶液聚合法，以过硫酸钾(KPS)为引发剂，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂，麦秸秆为纤维素原料，与丙烯酸类单体进行接枝共聚反应，并添加蒙脱土(MMT)，制备纤维素/丙烯酸类聚合物/MMT高吸水性复合材料。探索了高吸水性复合材料的制备工艺，对麦秸秆的预处理方式(酸化、碱化、醚化)进行筛选，采用单因素实验考察了碱用量、氯乙酸用量和溶剂用量对麦秸秆醚化反应及复合材料性能的影响。考察了不同改性MMT对高吸水性复合材料性能的影响。以高吸水性复合材料的吸水保水性能及凝胶强度为指标，对其制备过程中的各种反应条件(如单体配比、羧甲基纤维素(CMC)用量、交联剂用量、引发剂用量、蒙脱土用量、反应体系pH、反应温度等)进行优化。采用傅立叶红外光谱(FTIR)对产物分子结构进行表征，热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等对产物的耐热性及微观结构进行表征。
麦秸秆的预处理实验表明，醚化麦秸秆的粘度最大，并且以醚化麦秸秆为原料制备的高吸水性复合材料，其吸(盐)水率和凝胶强度最高，所以选择醚化方式处理麦秸秆。麦秸秆的醚化实验表明，当NaOH用量为1.2g，m(MCA):m(cell)为0.8，溶剂与反应物液固比为22:1时，CMC取代度为0.64,所合成复合材料的接枝率为55.6％，此时复合材料的吸水率最高。
蒙脱土的改性实验结果表明，改性后MMT的层间距有不同程度的扩大，即d1831-MMT＞d1631-MMT＞dDMDAAC-MMT＞dNa-MMT，所合成的复合材料吸水率QSAP(Na-MMT)＞QSAP(1831-MMT)＞QSAP(DMDAAC-MMT)＞QSAP(1631-MMT)，凝胶强度ESAP(DMDAAC-MMT)＞ESAP(Na-MMT)＞ESAP(1831-MMT)＞ESAP(1631-MMT)。综合性能和成本两方面考虑，最终选择Na-MMT作为高吸水性复合材料的无机添加原料。
高吸水性复合材料制备的单因素实验结果表明，丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为三元接枝单体，CMC与单体的质量比为1:8，三元单体摩尔比n(AA):n(AM)：n(AMPS)为1:3:1，引发剂用量(相对单体质量百分比)为2.5％，交联剂用量(同上)0.5％,MMT用量(相对原料质量比)为5％，反应体系pH为2.0，体系溶剂总体积为80mL,反应温度为75℃，此时制备的高吸水性复合材料性能较佳，吸水率可达539g/g，吸盐水率可达106g/g，保水率达53.35％。
FTIR表明麦秸秆纤维素成功醚化为CMC；丙烯酸类单体与CMC接枝共聚，并发生交联；XRD显示MMT在复合材料中呈现剥离结构，所制备的高吸水性复合材料为剥离型纳米复合材料；TGA显示复合材料具有良好的热稳定性；SEM显示高吸水复合材料具有轻度交联的三维网络结构，且有机/无机之间的相容性较好；TEM显示复合材料呈典型的多孔结构，MMT用量越大，材料中的交联点越多，网链变短，交联密度增大。
研究了纤维素/丙烯酸类聚合物/MMT高吸水性复合材料的粒径、溶液温度、溶液pH、电解质对其性能的影响，以及复合材料对土壤水分的抑蒸发作用。结果表明：不同粒径的高吸水性复合材料，其吸水保水性能相差较大，当粒径为80目时，材料的吸水性能最好，保水性能随着粒径的增大而增强：材料在5≤pH≤9的溶液中，随着溶液pH的变化，吸水率变化不大，pH≤5或≥9时，复合材料的吸水率明显下降；溶液中的二价离子对材料吸水能力的影响比一价离子大，影响力Mg2+＞ Ca2+＞ K+＞ Na+；复合材料对土壤中水分的抑蒸作用效果明显。
陕西科技大学
硕士
高分子化学与物理
马建中;鲍艳
2010
中文
TB332
72
2011-02-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）