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纳米硅酸盐—丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂的研制

作　者: 熊焰
导　师: 庞金兴
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 复合无磷助洗剂纳米粒子硅酸盐丙烯酸共聚物插层复合
分类号: TQ649
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

自20世纪60年代以来，以三聚磷酸钠(STPP)为代表的含磷助洗剂在合成洗涤剂工业中得到了广泛的应用，也随之带来了水体“富营养化”等一系列的环境问题。随着人们环保意识的提高，研究和开发取代三聚磷酸钠的新型无磷助洗剂成为一个迫切而重要的研究课题。在目前开发的新型无磷助洗剂中，硅酸盐是一类价格低廉且较常用的无机助洗剂，而在有机助洗剂中被认为最有发展前途的是丙烯酸共聚物类，将这两类助洗剂复合起来使用，将能综合发挥无机—有机助洗剂的优良性能；若能将无机硅酸盐的粒度控制在纳米级，在充分显示两者优点的基础上，赋予其一些新的特性，必将大幅度提高助洗剂的性能，扩大应用领域。本文首先以传统的硅单质法制备纳米二氧化硅水分散液，并以其作为聚合反应介质，以丙烯酸、马来酸酐为主要原料，采用“原位复合”技术合成了纳米二氧化硅—丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂，TEM等测试结果表明硅酸钠、丙烯酸共聚物实现了在纳米尺度上的均匀混合，较系统地研究了纳米粒子制备工艺、聚合工艺、原料配比等因素对助洗剂性能的影响；其次，本文以蒙脱土、丙烯酸、马来酸酐等为主要原料，采用插层复合法，制备了纳米硅酸盐—丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂，利用IR、XRD、TEM、SEM等现代测试手段较系统地研究了插层工艺、聚合反应条件、原料配比等因素对助洗剂微观结构及性能的影响；最后，将所制备的助洗剂配制成洗衣粉，研究了最佳的洗衣粉配方，并对复合助洗剂的工业化应用前景作了初步的分析。本文研制的纳米硅酸盐—丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂有效地将无机硅酸盐和有机丙烯酸共聚物助洗剂的优良性能综合在一起，同时在助洗剂产品中引入了纳米粒子，纳米效应和无机—有机复合协同效应大大提高了助洗剂的综合性能，应用前景十分广阔。

全文目录

第一章绪论  10-20
  1.1 洗涤剂定义及发展趋势  10-11
  1.2 助洗剂的定义、功能及作用  11
  1.3 含磷洗涤助剂  11-14
    1.3.1 磷酸盐助洗剂的性能  11-12
    1.3.2 磷酸盐助洗机理  12-13
    1.3.3 聚磷酸盐助洗剂的优越性  13
    1.3.4 使用含磷助洗剂带来的环境问题  13-14
  1.4 无磷助洗剂国内外发展状况  14-18
  1.5 本课题的研究内容  18-20
第二章纳米二氧化硅水分散液的制备  20-31
  2.1 制备方法的选择  20-21
  2.2 硅单质法制备纳米SiO_2水分散液  21-22
    2.2.1 主要原材料及规格  21
    2.2.2 制备工艺  21-22
  2.3 性能测试  22-23
    2.3.1 粒径及粒径分布  22
    2.3.2 耐酸性  22
    2.3.3 耐温性能  22
    2.3.4 红外光谱测试  22-23
  2.4 纳米二氧化硅的表面改性机理  23-25
    2.4.1 化学键作用机理  24
    2.4.2 静电作用机理  24-25
    2.4.3 吸附层媒介作用机理  25
  2.5 纳米二氧化硅的表面改性  25-29
    2.5.1 采用硅烷偶联剂有机硅实施表面改性  25-27
    2.5.2 采用齐聚物无皂聚合法实施表面改性  27-28
    2.5.3 采用水溶性高分子实施表面改性  28-29
  2.6 纳米二氧化硅水分散液-电位的测定  29-31
第三章纳米二氧化硅-丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂的制备  31-46
  3.1 复合助洗剂的制备  31-32
    3.1.1 复合方法的选择  31-32
    3.1.2 主要原材料及规格  32
    3.1.3 制备工艺  32
  3.2 助洗剂性能测试  32-34
    3.2.1 粘度  32
    3.2.2 螯合力  32-33
    3.2.3 分散力  33
    3.2.4 碱缓冲力  33
    3.2.5 助洗剂微观结构的测定  33-34
  3.3 共聚物聚合工艺对助洗剂性能的影响  34-38
    3.3.1 聚合物溶液的粘度(聚合物分子量)对助洗性能的影响  34-35
    3.3.2 马来酸酐-丙烯酸共聚物的聚合工艺对助洗性能的影响  35-38
  3.4 复合工艺对助洗剂性能的影响  38-42
    3.4.1 纳米二氧化硅的添加量(即有机／无机比)对助洗剂性能的影响  38-39
    3.4.2 不同的纳米粒子改性方法对助洗剂性能的影响  39-40
    3.4.3 不同的无机原料对助洗剂性能的影响  40-41
    3.4.4 纳米二氧化硅水分散液与市售硅溶胶作原料的性能对比  41
    3.4.5 复合助洗剂与STPP性能的比较  41-42
  3.5 复合助洗剂助洗机理初探  42-46
    3.5.1 聚合物助洗机理  42-44
    3.5.2 硅酸盐助洗机理  44-45
    3.5.3 纳米效应的体现  45-46
第四章插层复合法制备纳米硅酸盐-丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂  46-67
  4.1 无机纳米粒子-有机高聚物的复合制备方法  46-47
    4.1.1 直接分散法  46
    4.1.2 纳米微粒原位生成法  46
    4.1.3 溶胶-凝胶法  46-47
    4.1.4 插层法  47
  4.2 层状硅酸盐粘土的结构与性质  47-48
  4.3 插层复合技术的相关理论  48-50
    4.3.1 插层复合法的定义及分类  48-49
    4.3.2 聚合物／粘土纳米复合物的结构  49-50
  4.4 插层复合法制备纳米硅酸盐-丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂  50-51
    4.4.1 主要原材料及规格  50
    4.4.2 制备工艺  50-51
  4.5 性能测试  51
    4.5.1 助洗剂常规性能测试  51
    4.5.2 X射线衍射分析(XRD)  51
    4.5.3 扫描电镜分析(SEM)  51
    4.5.4 透射电镜分析(TEM)  51
    4.5.5 红外光谱分析(IR)  51
  4.6 结果与讨论  51-65
    4.6.1 蒙脱土的选择  51-53
    4.6.2 钠基化和有机化对蒙脱土结构的影响  53-55
    4.6.3 有机化工艺对蒙脱土性能的影响  55-56
    4.6.4 插层复合工艺对助洗剂性能的影响  56-65
  4.7 插层复合过程的驱动力  65-67
    4.7.1 热力学分析  65-66
    4.7.2 动力学分析  66-67
第五章洗涤剂的配制与性能评价  67-75
  5.1 洗衣粉的配制  67-68
    5.1.1 主要原材料及规格  67
    5.1.2 国家标准洗衣粉配方及配制方法  67-68
    5.1.3 洗衣粉的配制  68
  5.2 洗衣粉性能评价  68-69
    5.2.1 碱缓冲能力  68
    5.2.2 去污力  68
    5.2.3 吸湿力  68
    5.2.4 抗再沉积实验  68-69
  5.3 洗衣粉综合性能比较  69-71
    5.3.1 A型洗衣粉助洗剂性能评价  69-70
    5.3.2 B型洗衣粉助洗剂性能评价  70
    5.3.3 洗衣粉综合性能评价  70-71
  5.4 最佳无磷洗衣粉配方的研究  71-75
    5.4.1 主要原材料及规格  71-72
    5.4.2 助洗剂复配后最佳配方的选择  72-73
    5.4.3 表面活性剂的复配实验  73-74
    5.4.4 最佳配方性能的测试  74-75
第六章复合助洗剂的工业化应用前景分析  75-78
  6.1 复合助洗剂的合成工艺分析  75-76
    6.1.1 合成条件分析  75
    6.1.2 合成工艺流程  75-76
  6.2 复合助洗剂的经济效益分析  76-78
第七章结论  78-80
参考文献  80-83
附录  83-84
致谢  84

纳米硅酸盐—丙烯酸共聚物复合无磷助洗剂的研制

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