2013毕业生开题报告-高宁.doc

本科毕业设计（论文）开题报告题 目： 羧甲基纤维素接枝共聚物的制备及性能研究 学生姓名： 高宁 院 （系）： 化学化工学院 专业班级： 化工0901 指导教师： 陈世军 完成时间： 20 年 月 日 要 求1、开题报告是毕业设计（论文）的总体构想，由学生在毕业设计（论文）工作前期独立完成。2、开题报告正文用A4纸打印，各级标题用4号宋体字加黑，正文用小4号宋体字，20磅行距。3、参考文献不少于5篇（不包括辞典、手册），著录格式应符合GB7714-87文后参考文献著录规则要求。4、年月日等的填写，用阿拉伯数字书写。要符合关于出版物上数字用法的试行规定，如“2005年2月26日”。5、所有签名必须手写，不得打印。1.课题的意义 羧甲基纤维素是一类能够生物降解、无毒性、抗盐性强、可再生且便宜易得的产物。对羧甲基纤维素进行接枝共聚改性，可以赋予其某些新的性能，同时又不会破坏羧甲基纤维素材料所固有的优点。本文分别考察了以羧甲基纤维素和单体丙烯酰胺为主体的CMC-AM接枝聚合反应，研究了接枝聚合反应条件和引发体系，并对其它单体与羧甲基纤维素的接枝聚合反应进行了探讨。通过红外分析、热分析、X-衍射分析等方法，充分验证了聚合物的结构，并对接枝聚合物的性质也进行了研究。 AM为主，CMC为辅的接枝聚合反应，以(NH4) 2S2O8-Na2SO3作为引发体系，研究了接枝聚合反应的条件，得出了最佳实验条件为：反应物浓度=20、引发剂浓度=300mg/L、初始温度=40、初始pH值=8。各因素对聚合物分子量、接枝率的影响大小为：初始pH值引发剂用量反应物浓度初始温度。CMC为主，单体为辅的接枝聚合反应，对引发体系进行了研究，得出了最佳引发体系：H2SO4-KMnO4，最佳引发体系的最佳引发浓度：H2SO40.02mol/L、KMnO43.010(-3)mol/L。并得到了单体浓度在7以下，H2SO4-KMnO4引发的效果较好，单体浓度在7以上，(NH4) 2S2O8-Na2SO3的引发效果较好的结论。同时还采用(NH4) 2S2O8-Na2SO3(NH4) 2S2O8300mg/L、Na2SO3300mg/L)和H2SO4-KMnO4(H2SO40.02mol/L、KMnO43.010(-3)mol/L)混合引发的方式对接枝聚合物进行引发，实验表明：混合引发较其中(NH4)2S2O8-Na2SO3单独引发的效果有明显增强。 对其它单体与丙烯酰胺的接枝聚合反应进行研究表明，醋酸乙烯酯、乙二胺作为羧甲基纤维素接枝单体不合适。对于烯丙基类单体，实验证明其接枝能力：丙烯酰胺丙烯酸钠丙烯酸甲酯。 对接枝共聚物进行了性能测定，证明了接枝聚合物的抗盐性、耐温性较单纯的CMC和PAM有了显著提高。并且通过特性粘数、回旋半径、电导的测试，得出了接枝聚合物的最佳组成：CMC比率15，水解度15。目前, 国内外虽然对梭甲基纤维素接枝改性进行了大量的研究, 但所报道的由于都是以CMC为主体, 其它单体为辅, 单体支链较短, 分子量没有明显提高, 本文分别以CMC和单体AM为主体, 采用了过硫酸铵一无水亚硫酸钠等为引发体系引发接枝聚合反应并对其性质进行了深入的研究。另外, 还考察了多种引发体系引发羧甲基纤维素与其它单体的接枝聚合。实验证明, 接枝后的羧甲基纤维素不仅分子量有了明显的提高, 其粘度和抗温抗盐等性质也有了不同程度的改善。近年来保护地球生态, 减少白色污染, 发展绿色化工, 成为人们非常关心和重视的话题。因此对以纤维素为代表的多聚糖天然高分子进行接枝共聚改性, 具有深远意义。经过接枝改性后的CMC在石油钻井和采矿工程、纺织工业、造纸工业、涂料工业、日用化工产品等方面应用范围将极其广阔。总之, CMC将会具有更广阔的开发与利用前景。2.国内外研究现状纤维素是多羟基葡萄糖聚合物, 具有较好的反应活性, 当纤维素结构中引进亲水的羧甲基基团后, 不仅提高纤维素的溶胀性, 而且改善了纤维素与阳离子的亲和力, 特别是对于氧化还原体系, 金属离子能和纤维素主链紧密相连, 相对的抑制了均聚物的形成, 创造了有利于接枝共聚反应的条件。因此, 羧甲基纤维素钠常用与亲水性乙烯单体接枝共聚。目前国内外已报道的羧甲基纤维素接枝共聚, 他们主要研究接枝聚合的条件及接枝率的情况, 而大部分国内外文献中没有对引发剂的选择和分子量进行详细研究, 即使提到分子量, 由于都是以的为主体, 其它单体为辅, 单体支链较短, 分子量数量级也不高, 一般在几十万左右, 强度、粘度等性质受到了限制。羧甲基纤维素接枝共聚的制备, 首先是羧甲基纤维素经物理或化学方法引发后生成自由基, 与单体进行接枝共聚反应。目前, 羧甲基纤维素进行接枝共聚采用物理方法主要有光引发和辐射引发。化学引发剂有主要有过硫酸盐引发体系。3.毕业设计（论文）的主要内容本论文实验的内容：1. 以AM为主, 引入CMC进行接枝共聚, 通过正交设计实验确定了最佳反应条件。并考察了CMC比率和水解度对接枝聚合反应的影响。2. 以CMC为主, 引入AM进行接枝共聚, 通过对不同引发体系的研究, 确定了最佳引发体系及最佳引发体系的最佳浓度。3. CMC与其它单体的接枝共聚分别对比了不同引发体系引发CMC与其它单体接枝聚合的情况。4. 接枝共聚物性质的测定：1红外光谱的分析。2热重分析。3X-衍射分析。 4.所采用的实验方法、步骤实验研究方法1.实验试剂及仪器羧甲基纤维素钠 单体丙烯酰胺 引发剂过硫酸铵和无水亚硫酸钠 N2乙醇（95%） 丙酮 氯化钠等。红外光谱仪 热重分析仪 X-射线衍射仪 精密酸度计 精密电导率仪电光分析天平 温度控制器 磁力搅拌器 电动搅拌器 电子恒温水浴架盘天平等2.实验方法及步骤2.1以丙烯酰胺AM为主, CMC为辅进行CMC-AM接枝共聚反应将少量的羧甲基纤维素溶于去离子水中, 在N2保护下搅拌至完全溶解, 将单体丙烯酰胺溶入其中（质量比CMC:AM=1:4）,搅拌溶解约30min后,调节pH值,在温度恒定(2040)时,分别加入引发剂过硫酸铵和无水亚硫酸钠,绝热反应810h,冷却至室温时反应结束。2.2以CMC为主,AM等单体为辅进行接枝共聚反应将一定量CMC溶于去离子水中,在N2的保护下搅拌30min中加入少量单体,继续通入N2,温度恒定时反应35h结束反应.2.3粗接枝聚合物的制备以丙烯酰胺为主, CMC为辅进行CMC-AM接枝共聚反应生成的接枝共聚物, 因为分子量较高, 将所做聚合物剪碎, 放入烘箱7024h, 用搅碎机搅成粉末, 将一定量的聚合物粉末溶于蒸馏水中制成浓度最大的溶液；CMC以为主, AM等单体为辅进行接枝共聚反应生成的接枝共聚物, 由于分子量较低, 可直接用此聚合物溶液。上述两种方法所得到的聚合物溶液用乙醇洗涤, 真空抽滤, 去离子水再次冲洗后, 于60恒温在烘箱内烘到恒重, 得接枝聚合物的粗产品。2.4纯接枝聚合物的制备在粗接枝产物中可能含有CMC接枝丙烯酰胺的共聚物和丙烯酰胺的均聚物。因此以丙酮为萃取剂, 索式抽提器抽提分离10小时以除去均聚物, 4060真空干燥, 得纯接枝聚合物。3.分析与测试以AM为主, CMC为辅的接枝共聚物分子量的测定根据国标GB12005.1-89规定：在100ml容量瓶中称入0.050.1g均匀的粉状试样, 准确至0.0001g。加入约48ml的蒸馏水, 摇动容量瓶。待试样溶解后, 用移液管准确加入50ml浓度2.00molL的氯化钠溶液, 放在30士0.05的水浴中。恒温后, 用蒸馏水稀释至刻度, 摇匀, 用干燥40ml-G3的玻璃砂芯漏斗过滤, 即得试样浓度约0.00050.001gmL, 氯化钠浓度为1.00molL的试样溶液, 放在恒温水浴中备用。用稀释法在稀释型乌氏粘度剂中测得相对粘度r和增比粘度sp。以Cr各点的实际浓度与初始浓度的比值, 为横坐标, 分别以spCr和为纵坐标, 在坐标纸上做图。通过两组点各做直线,外推至Cr=0。, 求得截距H。通过【】=HC0。可求出特性粘数指数【】。由分子量计算公式M=802【】1.25, 即可求出聚合物的分子量。红外光谱表征接枝共聚物采用美国Necolet-5型付利叶红外光谱仪,KBr压片,分辨率为4cm-1,扫描范围4004000cm-1。热重及差热分析升温速率为10.0min-1下,采用美国杜邦公司SDT-2960型热分析仪, 美国杜邦公司2910型示差扫描量热仪进行热重及差热分析。X-衍射分析将产物试样配成2%的溶液,涂布在防粘纸上,在红外灯下干燥,制成一定厚度的薄膜。采用日本理学株式会社Dmax-2500X-射线进行测定。管压：45KV,管流：45mA,衍射角范围：570，扫描速度为0.05度秒,铜靶：石墨单色器,探测器：闪烁灯。参考文献：1杨之礼, 苏茂尧, 高洗纤维素醚基础与应用广州华南理工大学出版社，1990.59-742楼益明.羧