有机树脂/二氧化硅杂化高吸水性材料的研究
摘要
高吸水性材料是一种具有很强的吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料,已广泛应用于许多国民经济领域,而有机/无机杂化高吸水性材料是一种新的研究方向。本研究对传统的溶胶-凝胶方法进行改进,提出原位-凝胶水溶液聚合法,以接枝改性纤维素或共聚物为有机相,以正硅酸乙酯为前驱物引入SiO_2无机相,同时采用皂化水解、接枝改性及共聚合等方法实现材料亲水基团的多样化,通过控制反应程度,达到离子-非离子型亲水基团的协同效应,提高材料综合性能,成功制备接枝改性羟乙基纤维素(HEC)/SiO_2、接枝改性羧甲纤维素(CMC)/SiO_2、丙烯酰胺(AM)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物/SiO_2三个体系五种杂化高吸水性材料。探讨了各种反应条件对材料的吸水倍率、吸盐水倍率及单体转化率的影响,初步确定最佳合成条件。接枝改性HEC/SiO_2体系的最高吸水倍率为1330g/g、最高吸盐水倍率为105g/g、单体转化率为82%; 接枝改性CMC/SiO_2体系的最高吸水倍率为1295g/g、最高吸盐水倍率105g/g、单体转化率为85%; P(AM-co-AMPS)/SiO_2体系的最高吸水倍率为1750g/g、最高吸盐水倍率为103g/g、单体转化率为87%。
通过对样品的红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、透光率等表征,及吸液率、吸水速率、耐热性能、保水能力、凝胶强度等性能测试,表明引入适量的SiO_2能均匀分散于有机基质中,提高了材料的凝胶强度和耐热性能,初步探讨了杂化高吸水性材料离子-非离子型亲水基团,有机-无机网络协同作用的机理,综合研究了有机树脂/SiO_2杂化高吸水性材料的合成-组成-结构-性能之间的关系。
通过对三个体系杂化高吸水性材料的吸液性能受环境因素影响的变化规律研究,拓宽了高吸水性材料的应用领域和应用前景。
Superabsorbent polymer is a new functional materials which can absorb a large amount of water and the absorbed water is hardly removable even under some pressure. Because of these excellent characteristics, superabsorbent polymer is widely used in many fields. Organic-inorganic hybrid superabsorbent polymer is a new research orient one in this area.
Using graft cellulose or co-polymer as an organic phase,SiO_2 from the TEOS precursor as an inorganic phase, three series of hybrid superabsorbent polymers such as graft HEC/SiO_2, graft CMC/SiO_2 and P(AM-co-AMPS)/SiO_2 were synthesized by situ-gel aqueous solution polymerization method. The diversification of the hydrophilic group was carried up by saponify-hydrolyzed, grafted or co-polymerized ways. The influence of synthetic condition on the distilled or salinity water absorbency of the materials and monomer fractional conversion were discussed systematically, and a suitable preparation conditions were determined. The water absorbency, salinity water absorbency and monomer fractional conversion of the graft cellulose HEC/SiO_2 superabsorbent series can reach 1300 g/g, 105 g/g and 80% respectively. Graft CMC/SiO_2 series 1295g/g 、 105g/g and 85% and P(AM-co-AMPS)/SiO_2 series 1750 g/g , 103 g/g and 87% respectively.
Based on the characterization of FTIR, SEM, XRD, EDS, transmissivity as well as measuring of the water absorbency, velocity of absorbency, capability of heat-resistance, capacity of water retaining and intensity of gel. It is found that the SiO_2 is dispersed in the organic matrix even, the gel intensity and heat-resistance of the materials is enhanced. The relationships among synthesizing -composing – structure -performance of the organic resin/ SiO_2 hybrid superabsorbent polymers were studied comprehensively. The absorbent cooperation mechanism between ionic and non-ionic hydrophilic group, and interaction of organic-inorganic network were also discussed in the paper.
The influence of environmental conditions on the water absorbency of three series hybrid superabsorbent polymers was studied, which promote applications widely for these new superabsorbent materials.
通过对样品的红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、透光率等表征,及吸液率、吸水速率、耐热性能、保水能力、凝胶强度等性能测试,表明引入适量的SiO_2能均匀分散于有机基质中,提高了材料的凝胶强度和耐热性能,初步探讨了杂化高吸水性材料离子-非离子型亲水基团,有机-无机网络协同作用的机理,综合研究了有机树脂/SiO_2杂化高吸水性材料的合成-组成-结构-性能之间的关系。
通过对三个体系杂化高吸水性材料的吸液性能受环境因素影响的变化规律研究,拓宽了高吸水性材料的应用领域和应用前景。
Superabsorbent polymer is a new functional materials which can absorb a large amount of water and the absorbed water is hardly removable even under some pressure. Because of these excellent characteristics, superabsorbent polymer is widely used in many fields. Organic-inorganic hybrid superabsorbent polymer is a new research orient one in this area.
Using graft cellulose or co-polymer as an organic phase,SiO_2 from the TEOS precursor as an inorganic phase, three series of hybrid superabsorbent polymers such as graft HEC/SiO_2, graft CMC/SiO_2 and P(AM-co-AMPS)/SiO_2 were synthesized by situ-gel aqueous solution polymerization method. The diversification of the hydrophilic group was carried up by saponify-hydrolyzed, grafted or co-polymerized ways. The influence of synthetic condition on the distilled or salinity water absorbency of the materials and monomer fractional conversion were discussed systematically, and a suitable preparation conditions were determined. The water absorbency, salinity water absorbency and monomer fractional conversion of the graft cellulose HEC/SiO_2 superabsorbent series can reach 1300 g/g, 105 g/g and 80% respectively. Graft CMC/SiO_2 series 1295g/g 、 105g/g and 85% and P(AM-co-AMPS)/SiO_2 series 1750 g/g , 103 g/g and 87% respectively.
Based on the characterization of FTIR, SEM, XRD, EDS, transmissivity as well as measuring of the water absorbency, velocity of absorbency, capability of heat-resistance, capacity of water retaining and intensity of gel. It is found that the SiO_2 is dispersed in the organic matrix even, the gel intensity and heat-resistance of the materials is enhanced. The relationships among synthesizing -composing – structure -performance of the organic resin/ SiO_2 hybrid superabsorbent polymers were studied comprehensively. The absorbent cooperation mechanism between ionic and non-ionic hydrophilic group, and interaction of organic-inorganic network were also discussed in the paper.
The influence of environmental conditions on the water absorbency of three series hybrid superabsorbent polymers was studied, which promote applications widely for these new superabsorbent materials.
引文
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