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天然高分子系高吸水树脂及其改性水性聚氨酯的制备与性能研究

作　者: 陈颖
导　师: 周爱军
学　校: 武汉工程大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 水性聚氨酯 高吸水树脂 海藻酸钠 黄原胶 改性
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


高吸水树脂（SAR），通常又被称作超强吸水剂，是一种能瞬间吸收自身体积数倍乃至数百倍的水的新型功能高分子材料。其吸水保水机理简单地说就是具有三维网状结构的高分子材料达到溶胀平衡的过程。以高吸水树脂为主的传统吸水保水材料具有吸收速率快，保水能力强，热稳定性高，一定条件下能回收重复使用等诸多特性。由于近年来人们环境保护意识的增强，高吸水树脂被主要应用于农林园艺、沙漠改造、石油开采、建筑材料等行业，与此同时其在医药、个人卫生产品等方面的应用也得到长足的发展。但高吸水树脂仍存在生产工艺复杂、成本较高、机械性能较差的缺点，这在一定程度上制约了其发展。水性聚氨酯（WPU）水替代有机溶剂，不仅保存了聚氨酯基材强度高、耐酸碱性好等一系列优秀性能，还兼具了无毒、环保、不可燃及节能等优点，被广泛应用于涂料、胶黏剂、纺织助剂、皮革加工助剂、医用材料等领域。但水性聚氨酯中含有大量的亲水基团，导致其原始制品耐水性差、固含量低、干燥速度慢、粘附力低。为了提高其综合性能，进一步扩大其使用范围，必须对水性聚氨酯进行改性。综上所述，将SAR与WPU有机的结合，可以达到兼顾二者优良性能的目的，有望得到综合性能良好的吸水性聚氨酯产物。本论文主要的研究对象是：天然高分子系SAR以及以其作为功能材料的改性WPU的合成工艺，SAR的吸液性能和WPU的各项性能。文中首先采用微波辐照引发法制备了两种三元共聚体系的SAR。对SAR最佳单体配比的研究结果如下：SA（SAR）的最佳配比为：mAA/mST=6，SA含量占总单体量的5%，AA中和度为70%；XG（SAR）的最佳配比为：mAA/mAM=5，XG含量为总单体质量的3%，AA中和度为70%。吸液能力测试发现，两种SAR产物的吸液能力都随着测试液离子浓度的增加而下降，但总体吸盐水能力仍较好。采用共混法制备了SA与XG两种复合胶膜。对SA复合胶膜的机械性能测试表明：SA复合胶膜的拉伸强度随R值（-NCO/-OH摩尔比）的增大或ωWPU的增大而增大；其断裂伸长率随R值的增大或ωWPU的增大而减小。拉伸强度的最大值为9.40MPa，出现在R=1.25，ωWPU=90%试样中；断裂伸长率的最大值为437.3%，出现在R=0.95，ωWPU=10%试样中。SA复合胶膜试样的吸水性能测试表明，SA复合胶膜的吸水倍率随R值增大或ωWPU增大而减小。R=0.95，ωWPU=10%，吸水时间为5.5h时SA复合胶膜吸水倍率达到最大值180.58%。XG复合胶膜的机械性能测试显示：XG复合胶膜属于硬而脆的材料，其拉伸强度随R值的增大而增大，随ωWPU的增大而减小，其中最大值为9.82MPa，出现在R=1.25，ωWPU=10%时；断裂伸长率随R值的增大而减小，随ωWPU的增大而增大，当R=0.95，ωWPU=90%时，XG断裂伸长率为最大值28.02%。吸水能力测试表明，R值增大，XG复合胶膜吸水倍率明显下降；ωWPU增大，XG复合胶膜的吸水倍率也随之下降。当R=0.95，ωWPU=10%，吸水时间为52h时，XG复合胶膜吸水倍率达到最大值1342.35%。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 文献综述  12-28
  1.1 前言  12
  1.2 水性聚氨酯  12-24
    1.2.1 WPU 的制备方法  12-16
    1.2.2 WPU 的改性  16-21
    1.2.3 WPU 的应用  21-24
  1.3 高吸水树脂  24-27
    1.3.1 SAR 的吸水机理  24-25
    1.3.2 SAR 的制备方法  25
    1.3.3 SAR 的分类及应用  25-27
  1.4 本论文研究的内容及存在的问题  27-28
第2章 实验部分  28-34
  2.1 实验药品与仪器  28-29
    2.1.1 主要实验药品  28-29
    2.1.2 主要实验仪器及设备  29
  2.2 样品的制备  29-31
    2.2.1 WPU 预聚体的合成  29-30
    2.2.2 天然高分子系 SAR 的制备  30
    2.2.3 SAR 改性 WPU 的制备  30-31
  2.3 测试与表征  31-34
    2.3.1 复合胶膜的形貌观察  31
    2.3.2 傅里叶红外光谱(FI-IR)分析  31
    2.3.3 热失重(TG)测试  31
    2.3.4 力学性能测试  31
    2.3.5 吸水性能测试  31-34
第3章 天然高分子系高吸水树脂的性能研究  34-46
  3.1 引言  34-35
  3.2 海藻酸钠高吸水树脂的性能研究  35-40
    3.2.1 丙烯酸、淀粉配比对海藻酸钠高吸水树脂吸水能力的影响  35
    3.2.2 海藻酸钠用量对海藻酸钠高吸水树脂吸水能力的影响  35-36
    3.2.3 丙烯酸中和度对海藻酸钠高吸水树脂吸水能力的影响  36-37
    3.2.4 海藻酸钠高吸水树脂的 FI-IR 分析  37-38
    3.2.5 海藻酸钠高吸水树脂的 TG 分析  38-39
    3.2.6 待测液盐度对海藻酸钠高吸水树脂吸水能力的影响  39-40
  3.3 黄原胶高吸水树脂的性能研究  40-44
    3.3.1 丙烯酸、丙烯酰胺配比对黄原胶高吸水树脂吸水能力的影响  40-41
    3.3.2 黄原胶用量对黄原胶高吸水树脂吸水能力的影响  41
    3.3.3 黄原胶高吸水树脂的 FI-IR 分析  41-42
    3.3.4 黄原胶高吸水树脂的 TG 分析  42-43
    3.3.5 待测液盐度对黄原胶高吸水树脂吸水能力的影响  43-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 海藻酸钠高吸水树脂改性水性聚氨酯的性能研究  46-54
  4.1 引言  46-47
  4.2 SA 复合乳液制膜情况  47-48
  4.3 SA 复合胶膜的 SEM 分析  48
  4.4 SA 复合胶膜的 FT-IR 分析  48-49
  4.5 SA 复合胶膜的 TG 分析  49-50
  4.6 SA 复合胶膜的力学性能测试  50-51
  4.7 SA 复合胶膜的吸水倍率测试  51-53
  4.8 本章小结  53-54
第5章 黄原胶高吸水树脂改性水性聚氨酯的性能研究  54-64
  5.1 引言  54-55
  5.2 XG 复合乳液制膜情况  55-56
  5.3 XG 复合胶膜的 SEM 分析  56-57
  5.4 XG 复合胶膜的 FT-IR 分析  57-58
  5.5 XG 复合胶膜的 TG 分析  58
  5.6 XG 复合胶膜的力学性能测试  58-60
  5.7 XG 复合胶膜的吸水倍率测试  60-61
  5.8 本章小结  61-64
第6章 结论  64-66
参考文献  66-74
攻读硕士期间已发表的论文  74-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 缩聚类树脂及塑料 > 聚氨酯类（聚氨基甲酸酯类）及塑料
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