阿拉伯胶基水凝胶的合成表征和性能研究

发布时间：2020-05-17 03:52

【摘要】：水凝胶是具有三维网状结构的高分子功能材料,它可吸收高达自身重量数百倍的水溶液而不被溶解。作为一种新型功能性材料,它在节水农业、生物医药、日用化工和污水处理等领域均有较为广泛应用。近年来,随着对生态环境和水凝胶原料成本问题的关注,采用无机黏土矿和天然高分子来合成环境友好型复合材料已成为水凝胶技术领域的研究热点。本论文以天然高分子阿拉伯胶(GA)与黏土矿物海泡石(ST)为原料,丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为聚合单体,水溶性的过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,用微波辐射方法制备了两种阿拉伯胶基复合水凝胶。采用FTIR、XRD、SEM和TG对复合水凝胶的组成、结构、形貌和热稳定性进行了分析表征,对水凝胶的合成条件和吸水性能进行了研究,并探讨了水凝胶的形成机理。本论文的实验结果如下:1.以AA、GA和ST为原料,在微波辐射条件下,自由基聚合法制备了GA-g-PAA/ST复合水凝胶。XRD、FTIR和SEM分析表明GA与ST参与了接枝聚合反应。TG分析显示,水凝胶具有较好的热稳定性,适量引入ST能显著提高水凝胶的热稳定性能。GA-g-PAA/ST最佳合成工艺参数:AA=3.9mL,w(GA)=7.5%,w(ST)=10%,N=75%,w(MBA)=0.25%,w(KPS)=1%,P=130W,t=4min,此条件下GA-g-PAA/ST水凝胶吸去离子水为559 g/g,生理盐水为71 g/g。水凝胶对盐溶液及pH溶液有一定的响应性能,在NaCl-BaCl_2溶液和pH=2.0~8.0溶液中有良好的灵敏性和可逆性。水凝胶在浓度不同的盐溶液和不同pH的溶液中吸水行为均符合准二级动力学模型,该水凝胶具有较好的保水性和反复吸水性能。2.以AA、AMPS、GA和ST为原料,在微波辐射条件下,自由基聚合法制备了GA-g-PAA/AMPS/ST复合水凝胶。XRD、FTIR和SEM分析表明GA与ST参与了接枝聚合反应,形成具有三维网状结构的水凝胶。TG显示水凝胶具有较好的热稳定性,GA-g-PAA/AMPS/ST最佳合成工艺参数: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,此条件下GA-g-PAA/AMPS/ST吸去离子水和生理盐水的分别为710g/g、92.3 g/g。与GA-g-PAA/ST凝胶相比,水凝胶在40℃、60℃、80℃下保水率分别高出了2.6%、8.6%和10.1%。5次反复使用后较GA-g-PAA/ST的吸水率提高5%左右。图[40]表[7]参[71]
【图文】：

网络结构图,水凝胶,微观,网络结构

图 1.1 水凝胶微观网络结构Fig. 1.1 The microstructure of Hydrogel胀公式如下(1-1)：(1 2 Xi)/VieV0 (1/2-Xi)/Vi和 Ve/V0分别表示为吸水倍率、凝子强度、凝胶对水的亲和力和交联密度。式中表总的吸水能力。吸水凝胶的实际吸水倍率时存在较大的误差性分析哪些因素影响凝胶的吸水倍率方面仍机理中吸水的原生动力有三个，，第一步是水后则是渗透压的作用。水的润湿作用是所有吸效应可让外界的水分快速地扩散入聚合物之

SEM图,水凝胶,表面褶皱,特征表面

图 2.4 (a) GA,(b) ST,(c) GA-g-PAA/ST 和(d) GA-g-PAA/ST 的 SEM 图Fig.2.4 SEM of (a) GA,(b) ST, (c) GA-g-PAA/ST 和(d) GA -g-PAA/ST由上图 2.4 中的(a)可以看出 GA 大多数是大小不均一的球状或大块状的颗粒构成的，颗粒的外部均有凹陷。ST 的放大图为图(b)所示，ST 呈针状结构，呈无序排列，其大小、粗细不均。将 GA 与 ST 引入水凝胶的制备中所得到的水凝胶的外部形貌如图(c)所示，水凝胶表面褶皱较多，呈网状结构，此结构有利于贮存大量的水分。水凝胶进一步放大后如上图(d)所示，其断面上是呈蜂窝状的空洞结构，空洞间相互贯通，是呈三维网状结构的水凝胶。GA 与 ST 的特征表面结构均消失不见，此结果显示 GA 与 ST 参加了水凝胶的接枝共聚反应。2.2.2 GA-g-PAA/ST 水凝胶合成工艺参数优化分析2.2.2.1 AA 含量对吸水倍率的影响固定 GA 和 ST 分别为 0.41 g，水量 10 mL，中和度均为 80%，分别加入质量w(KPS)=1%的 KPS 与 w(MBA)=0.35%的 MBA，均以 AA 质量为基准，下同。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26

【参考文献】