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高吸水性树脂又称超强吸水剂,是一种含有羟基、羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的新型功能子材料。它不溶于水,也不溶于有机溶剂,并具有独特的性能:强吸水性和保水性。与传统的吸水高分材料如海绵、棉花、纤维素、硅胶相比,高吸水性树脂具有很高的吸水率,能迅速吸收几十倍甚至几千倍自身重量的液态水,且保水性强,即使在受热加压下也不易失水,同时又具有高分子材料的一些特性是一种新型功能高分子材料。高吸水性树脂按原料来源可分为三大系列,即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系,每一系列的吸水剂各有其自身的特点。淀粉系列吸水剂和合成聚合物系列吸水剂研究较多,而纤维素系列吸水剂研究较少,现在这一系列吸水剂的研究愈来愈受到重视。本论文主要进行了木纤维接枝丙烯酸制备吸水性材料的方法和性能研究。
本文以热磨桉树木纤维为原料,利用桉树木纤维中纤维素、半纤维素、木质素中高含量的羟基(包括醇羟基和酚羟基)的高引发活性,以KMn04/H2S04为引发体系,在水中引发桉树木纤维和丙烯酸(AA)单体进行接枝共聚反应,得到桉树木纤维和AA的接枝共聚物。然后,测定上述木纤维和AA接枝共聚物在常温常压下的吸水倍率和吸水速率,以及在一定温度和压力的保水倍率。
用红外光谱(FTIR)对木纤维和从接枝共聚物进行表征,考察木纤维接枝共聚前后化学结构的变化,用环境扫描电子显微镜(SEM)观察接枝共聚前后木纤维的表面形貌,两种方法分别从化学结构和表面形貌表征了木纤维上已经接枝上了聚聚丙烯酸(PAA)。文中用甲醇为溶剂抽提木纤维接枝共聚物,用重量分析法测得接枝率、接枝效率、单体转化率、单体接枝效率等参数,据此系统地研究了反应温度、反应时间、KMn04浓度、H2S04浓度、AA浓度、木纤维尺寸对接枝共聚反应的影响。结果表明:反应温度、反应时间、KMnO4浓度、AA浓度、木纤维尺寸对木纤维接枝共聚反应有显著的影响,且最佳温度为60℃,最佳KMn04浓度为20mmol/L,反应时间、AA浓度和接枝参数成正比:H2SO。浓度对接枝共聚反应产物参数的影响不显著。
用不同的化学试剂20%NaOH溶液、水-丙酮溶液、液NH3-丙酮溶液、EDA-丙酮溶液、苯-乙醇-浓硝酸溶液对木纤维进行活化处理,以增加木纤维与AA的可及度,从而提高反应活性。然后用SEM观察处理前后纤维的表面形貌,并将上述五种不同处理液处理好的木纤维与从进行接枝共聚,用重量分析法测得接枝率、接枝效率、单体转化率、单体接枝效率等参数,从而比较不同化学试剂的处理效果,最终确定适合木纤维活化的最佳处理试剂,结果显示苯-乙醇-浓硝酸混合溶液的处理效果最佳,在AA单体浓度为AA/F为7:1时,其接枝率可达68.84%。
将接枝产物进行吸水性能测试,测试其吸水倍率,吸水速率,一定温度一定压力下的保水性能,并用SEM观察吸水前后纤维的表面形貌变化,结果显示实验所制的接枝产物吸水倍率可达74 g/g,吸水速度为22min可以到达最大吸水量609,保水性能也较为优良,在600C下5h保水率还可维持在65%左右,通过SEM可观察到吸水后接枝产物发生一定的溶胀。