聚醚聚磺（硫）酸钠的分子设计、合成及其对模具石膏性能的影响

发布时间：2017-09-26 05:13

  本文关键词：聚醚聚磺（硫）酸钠的分子设计、合成及其对模具石膏性能的影响

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【摘要】：同时提高模具石膏的机械强度和吸水率,是石膏模具发展亟需解决的问题之一。相对于α-半水石膏,β-半水石膏的改性具有更高的挑战。本文以β-半水石膏为主要模具石膏,设计并合成了八种针对石膏模具的聚醚聚磺酸钠大分子(PCS、PAS-1、PAS-2、PAS-3、PS、PMS、POHS和POHAS);并且基于聚乙烯醇(PVA)与磺酸基团(SO32-)各自对模具石膏良好的改善作用,在PVA中引入磺酸基团,合成了六种磺化度不同的聚乙烯醇硫酸钠(PVSNa)。考察了以上大分子对β-半水石膏性能和水化进程的影响。进一步地,基于PVSNa对β-半水石膏性能的良好作用,研究了PVSNa对α-半水石膏性能和水化进程的影响。主要研究内容及结果如下:1.通过单体自聚活性的考察,初步筛选了合适的磺酸基单体和各单体的投料方式。以β-半水石膏试件的高抗折、抗压强度和高吸水率为指标,通过单因素实验和正交实验,优化了合成聚醚聚酰胺聚磺酸钠大分子(PAS)的合成工艺条件(单体组分比、引发剂用量和反应温度)。并考察其对β-半水石膏性能和水化过程中晶型的影响,发现PAS能够提高β-半水石膏水化过程中晶体的聚集度;PAS的掺量为0.3%时,石膏试件的抗折强度提高了7%,但其抗压强度和吸水率的改变不足1%。因此,需进一步研究构效关系,重新设计大分子的组成。2.在上述单因素、正交实验以及实验室前期实验的基础上,设计并合成了八种聚醚聚磺酸钠大分子,并研究它们对β-半水石膏性能影响的构效关系。结果表明:含有羧基官能团的PCS具有延缓水化的作用,使β-石膏晶型变得更加不规整,为易剥落的片状;而且在损失石膏试件机械强度的基础上,提高石膏试件的吸水率。而其它不含羧基的聚醚聚磺酸钠大分子对β-半水石膏水化性能和水化进程影响甚微,却使β-石膏晶体形貌更加规整,表面更加平滑,基本呈长柱状,从而具有改善石膏试件的强度和吸水性的能力。不同聚醚聚磺酸钠大分子对β-半水石膏性能影响的结果表明,甲基丙烯磺酸钠(SMS)是最合适的磺酸基单体,且PMS是最佳的模具石膏添加剂,其在低掺量(0.05%)时,β-半水石膏的抗折、抗压强度和吸水率分别比空白石膏提高了5%、17%和5%。3.进一步地,鉴于PVA和上述磺酸盐的良好性能,设计合成不同磺化度的聚乙烯醇硫酸钠(PVSNa)。以氯磺酸为磺化剂,对PVA进行磺化反应,得到六种不同磺化度的PVSNa,并考察它们对α-半水石膏和β-半水石膏性能的影响。研究发现随着磺化度的提高,β-石膏试件的抗折、抗压强度呈先上升后下降的趋势;而α-石膏试件的抗折强度呈递减趋势,但抗压强度改变不明显。其中,PVSNa22.76(磺化度为22.76%的聚乙烯醇硫酸钠)是适用于β-半水石膏的添加剂,其掺量为0.1%时,β-半水石膏试件的抗折、抗压强度和吸水率分别提高了29%、14%和3%;而PVSNa11.6是适用于α-半水石膏的添加剂,其掺量为0.1%时,α-半水石膏的抗折、抗压强度和吸水率分别提高了9%、4%和5%。此外,PVSNa对α、β-半水石膏均有弱的促凝作用。扫描电镜的实验结果表明,相对于空白α-石膏硬化体的晶型,掺有PVSNa11.6的α-石膏的晶体形貌变化不大,仅提高了石膏晶体之间的聚集度,因此对石膏硬化体的强度影响不大;而高磺化度的PVSNa44.48使α-石膏晶型由规整的柱状转变成不规整的片状,从而使其强度降低,吸水率提高。
【关键词】：石膏 聚醚聚磺酸钠 聚乙烯醇硫酸钠 强度 吸水 水化进程
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ177.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 大分子添加剂的分类10-14
• 1.2.1 木质素磺酸盐系10-11
• 1.2.2 萘系11-12
• 1.2.3 三聚氰胺系12
• 1.2.4 氨基磺酸系12-13
• 1.2.5 聚羧酸系13-14
• 1.3 大分子添加剂对半水石膏水化进程的影响14-16
• 1.4 模具石膏添加剂研究存在的问题16
• 1.5 展望16-17
• 1.6 立题依据及研究内容17-19
• 1.6.1 立题依据17
• 1.6.2 主要研究内容17-19
• 第二章 聚醚聚酰胺聚磺酸钠的合成及其对 β-半水石膏性能的影响19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 实验试剂与仪器19-20
• 2.2.1 实验试剂19-20
• 2.2.2 实验仪器20
• 2.3 实验方法20-21
• 2.3.1 聚醚聚酰胺聚磺酸钠的合成20
• 2.3.2 单体转化率的测定20
• 2.3.3 红外光谱分析20-21
• 2.3.4 凝胶渗透色谱分析21
• 2.3.5 石膏试件的制作21
• 2.3.6 抗折、抗压强度的测定21
• 2.3.7 吸水率的测定21
• 2.3.8 光学显微镜观察晶体形貌21
• 2.4 结果与讨论21-32
• 2.4.1 磺酸基单体的筛选21-23
• 2.4.2 反应温度对单体转化率的影响23-24
• 2.4.3 单体投料方式的筛选24
• 2.4.4 物料组成和反应条件对 β-半水石膏性能的影响24-27
• 2.4.5 合成条件的优化27-29
• 2.4.6 聚醚聚酰胺聚磺酸钠的分子量和分子量分布29-30
• 2.4.7 聚醚聚酰胺聚磺酸钠的红外光谱分析30-31
• 2.4.8 不同掺量的聚醚聚酰胺聚磺酸钠对 β-半水石膏性能的影响31
• 2.4.9 水化过程中石膏晶体的生长情况31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 聚醚聚磺酸钠和聚乙烯醇硫酸钠对模具石膏性能的影响33-54
• 3.1 引言33
• 3.2 实验药品与仪器33
• 3.2.1 实验试剂33
• 3.2.2 实验仪器33
• 3.3 实验方法33-37
• 3.3.1 聚醚聚磺酸钠的合成33-34
• 3.3.2 聚乙烯醇硫酸钠的合成34-35
• 3.3.3 磺化度的测定35-36
• 3.3.4 红外光谱分析36
• 3.3.5 凝胶渗透色谱分析36
• 3.3.6 表面张力的测定36
• 3.3.7 石膏试件的制作36
• 3.3.8 抗折、抗压强度的测定36
• 3.3.9 吸水率的测定36
• 3.3.10 晶体形貌的表征36-37
• 3.4 结果与讨论37-52
• 3.4.1 聚醚聚磺酸钠的表征37-38
• 3.4.2 聚醚聚磺酸钠水溶液的表面张力38
• 3.4.3 聚乙烯醇硫酸钠的合成与表征38-40
• 3.4.4 聚醚聚磺酸钠对 β-半水石膏机械性能和吸水率的影响40-42
• 3.4.5 聚乙烯醇对 β-半水石膏机械性能和吸水率的影响42-43
• 3.4.6 聚乙烯醇硫酸钠对 β-半水石膏机械性能和吸水率的影响43-44
• 3.4.8 聚乙烯醇硫酸钠对 α-半水石膏机械性能和吸水率的影响44-45
• 3.4.9 石膏硬化体的晶体形貌45-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 聚醚聚磺酸钠和聚乙烯醇硫酸钠对半水石膏水化过程的影响54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 实验药品与仪器54
• 4.2.1 实验试剂54
• 4.2.2 实验仪器54
• 4.3 实验方法54-56
• 4.3.1 凝结时间的测定54-55
• 4.3.2 稠度的测定55
• 4.3.3 水化度的测定55
• 4.3.4 诱导时间的测定55
• 4.3.5 电导率的测定55-56
• 4.3.6 水化温度的测定56
• 4.3.7 光学显微镜观察晶体形貌56
• 4.4 结果与讨论56-64
• 4.4.1 合成添加剂对半水石膏凝结时间的影响56-57
• 4.4.2 合成添加剂对半水石膏稠度的影响57-58
• 4.4.3 合成添加剂对半水石膏水化度的影响58-59
• 4.4.4 磺酸基大分子对半水石膏诱导时间的影响59-60
• 4.4.5 磺酸基大分子对半水石膏电导率的影响60-61
• 4.4.6 合成添加剂对半水石膏水化温度的影响61-63
• 4.4.7 水化过程中石膏晶体的生长情况63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 全文主要结论66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-75
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文75

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