【摘要】：水凝膠是具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子功能材料,它可吸收高達(dá)自身重量數(shù)百倍的水溶液而不被溶解。作為一種新型功能性材料,它在節(jié)水農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、日用化工和污水處理等領(lǐng)域均有較為廣泛應(yīng)用。近年來(lái),隨著對(duì)生態(tài)環(huán)境和水凝膠原料成本問(wèn)題的關(guān)注,采用無(wú)機(jī)黏土礦和天然高分子來(lái)合成環(huán)境友好型復(fù)合材料已成為水凝膠技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文以天然高分子阿拉伯膠(GA)與黏土礦物海泡石(ST)為原料,丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)為聚合單體,水溶性的過(guò)硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑,N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑,用微波輻射方法制備了兩種阿拉伯膠基復(fù)合水凝膠。采用FTIR、XRD、SEM和TG對(duì)復(fù)合水凝膠的組成、結(jié)構(gòu)、形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析表征,對(duì)水凝膠的合成條件和吸水性能進(jìn)行了研究,并探討了水凝膠的形成機(jī)理。本論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:1.以AA、GA和ST為原料,在微波輻射條件下,自由基聚合法制備了GA-g-PAA/ST復(fù)合水凝膠。XRD、FTIR和SEM分析表明GA與ST參與了接枝聚合反應(yīng)。TG分析顯示,水凝膠具有較好的熱穩(wěn)定性,適量引入ST能顯著提高水凝膠的熱穩(wěn)定性能。GA-g-PAA/ST最佳合成工藝參數(shù):AA=3.9mL,w(GA)=7.5%,w(ST)=10%,N=75%,w(MBA)=0.25%,w(KPS)=1%,P=130W,t=4min,此條件下GA-g-PAA/ST水凝膠吸去離子水為559 g/g,生理鹽水為71 g/g。水凝膠對(duì)鹽溶液及pH溶液有一定的響應(yīng)性能,在NaCl-BaCl_2溶液和pH=2.0~8.0溶液中有良好的靈敏性和可逆性。水凝膠在濃度不同的鹽溶液和不同pH的溶液中吸水行為均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,該水凝膠具有較好的保水性和反復(fù)吸水性能。2.以AA、AMPS、GA和ST為原料,在微波輻射條件下,自由基聚合法制備了GA-g-PAA/AMPS/ST復(fù)合水凝膠。XRD、FTIR和SEM分析表明GA與ST參與了接枝聚合反應(yīng),形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠。TG顯示水凝膠具有較好的熱穩(wěn)定性,GA-g-PAA/AMPS/ST最佳合成工藝參數(shù):n(AMPS):n(AA)=1:3,w(GA)=5%,w(ST)=5%,N=85%,w(KPS)=1%,w(MBA)=0.35%,P=195W,t=3min,此條件下GA-g-PAA/AMPS/ST吸去離子水和生理鹽水的分別為710g/g、92.3 g/g。與GA-g-PAA/ST凝膠相比,水凝膠在40℃、60℃、80℃下保水率分別高出了2.6%、8.6%和10.1%。5次反復(fù)使用后較GA-g-PAA/ST的吸水率提高5%左右。圖[40]表[7]參[71]
【圖文】：

圖 1.1 水凝膠微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig. 1.1 The microstructure of Hydrogel脹公式如下(1-1)：(1 2 Xi)/VieV0 (1/2-Xi)/Vi和 Ve/V0分別表示為吸水倍率、凝子強(qiáng)度、凝膠對(duì)水的親和力和交聯(lián)密度。式中表總的吸水能力。吸水凝膠的實(shí)際吸水倍率時(shí)存在較大的誤差性分析哪些因素影響凝膠的吸水倍率方面仍機(jī)理中吸水的原生動(dòng)力有三個(gè)，，第一步是水后則是滲透壓的作用。水的潤(rùn)濕作用是所有吸效應(yīng)可讓外界的水分快速地?cái)U(kuò)散入聚合物之

圖 2.4 (a) GA,(b) ST,(c) GA-g-PAA/ST 和(d) GA-g-PAA/ST 的 SEM 圖Fig.2.4 SEM of (a) GA,(b) ST, (c) GA-g-PAA/ST 和(d) GA -g-PAA/ST由上圖 2.4 中的(a)可以看出 GA 大多數(shù)是大小不均一的球狀或大塊狀的顆粒構(gòu)成的，顆粒的外部均有凹陷。ST 的放大圖為圖(b)所示，ST 呈針狀結(jié)構(gòu)，呈無(wú)序排列，其大小、粗細(xì)不均。將 GA 與 ST 引入水凝膠的制備中所得到的水凝膠的外部形貌如圖(c)所示，水凝膠表面褶皺較多，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有利于貯存大量的水分。水凝膠進(jìn)一步放大后如上圖(d)所示，其斷面上是呈蜂窩狀的空洞結(jié)構(gòu)，空洞間相互貫通，是呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠。GA 與 ST 的特征表面結(jié)構(gòu)均消失不見(jiàn)，此結(jié)果顯示 GA 與 ST 參加了水凝膠的接枝共聚反應(yīng)。2.2.2 GA-g-PAA/ST 水凝膠合成工藝參數(shù)優(yōu)化分析2.2.2.1 AA 含量對(duì)吸水倍率的影響固定 GA 和 ST 分別為 0.41 g，水量 10 mL，中和度均為 80%，分別加入質(zhì)量w(KPS)=1%的 KPS 與 w(MBA)=0.35%的 MBA，均以 AA 質(zhì)量為基準(zhǔn)，下同。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ427.26

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2667884