（材料物理与化学专业论文）淀粉接枝丙烯基高吸水性树脂性能与应用研究.pdf

摘要 高吸水性树脂作为一种的新型功能高分子材料，与普通的吸水材料相比，其 自身能够吸收大量的水，且具有较好的保水性能，即使在压力的作用下也不易失 水。目前已经在各个领域得到日益广泛的应用。 本文探讨了不同用量的高吸水性树脂对抑制土壤水分蒸发的作用及对土壤持 水能力的影响，并研究了温度对高吸水性树脂保水能力的影响。结果表明，在土 壤中加入高吸水性树脂后，土壤持水量明显增大，并可有效抑制土壤中水分的蒸 发，高吸水性树脂使用后自身可降解，是环保无污染绿色产品，但使用时要考虑 温度因素，高温对高吸水性树脂性能有较大影响。 研究了高吸水性树脂在土壤中的保水性能以及对土壤中的氮、磷、钾肥料吸 附及解吸作用。结果表明，该树脂对氮、磷、钾肥料都有较强的吸附及解吸能力， 当施入土壤后，这种能力则明显下降。但与土壤本身对这三种养分的作用相比， 高吸水性树脂的使用，增强了土壤对氮和钾两种养分的吸附、固定及解吸能力， 从而起到了保肥和延缓肥效的作用。高吸水性树脂的使用，减弱了土壤对磷的固 定作用，提高了磷的利用率，这也就从另一个侧面起到了提高肥效的作用。综合 来看，高吸水性树脂加入对土壤养分的影响还是比较有利的。 本文考察了自制高吸水性树脂对蔬菜生长的影响。试验证明：当高吸水性树 脂使用量在o o 7 o g m 2 范围内时，蔬菜的产量和出苗率均随着高吸水性树脂用量 的增加成递增趋势。 本文以淀粉为原料，以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，复合骨粉合成了二元接枝 共聚复合型淀粉类高吸水性树脂，并研究了单体浓度及中和度、单体配比、引发 剂、交联剂、淀粉、骨粉的用量等因素对高吸水性树脂吸水性能的影响。其最高 吸去离子水倍率为7 8 8 9 g ，吸0 9 0 o n a c l 溶液倍率为7 6 g 。 关键词：高吸水性树脂；丙烯酰胺；骨粉；接枝共聚；生物降解；保肥 a b s t r a c t s u p e ra b s o r b e n tr e s i n ( s a g ) ，a sas o r to fn o v e lf u n c t i o n a lp o l y m e rm a t e r i a l s ， h a sb e e n e x t e n s i v e l ya p p l i e d i n m a n yf i e l d s c o m p a r e d w i t ht h e g e n e r a l w a t e r - a b s o r b i n gm a t e r i a l s ，s a gn o to n l ya b s o r b sal a r g ea m o u n to fw a t e rb u ta l s o h o l d st h ea b s o r b e dw a t e ru n d e rp r e s s u r e t h ep a p e ri n v e s t i g a t e st h ee f f e c to ft h ed i f f e r e n tq u a n t i t i e so fs a go ni n h i b i t i n g t h ew a t e re v a p o r a t i o ni ns o i la n dt h ea b i l i t yo fh o l d i n gw a t e r w ea l s os t u d yt h e i n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nt h ea b i l i t yo fh o l d i n gw a t e rf o rs a g t h er e s u l ts h o w st h a t t h es a r a d d e ds o i lc o u l dh o l dm o r ew a t e ra n dr e d u c et h ee v a p o r a t i o no fw a t e r t h e s a gi sae n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yp r o d u c tw i t hs e l f - d e g r a d a t i o na f t e ru s e t h e t e m p e r a t u r ef a c t o rs h o u l db e t a k e ni n t oa c c o u n t ，b e c a u s eh i 曲t e m p e r a t u r eh a sa i m p o r t a n ti m p a c to nt h ep r o p e r t yo f s a r t h ew a t e rh o l d i n ga b i l i t yo fs u p e r - a b s o r b e n tr e s i ni ns o i la n dt h ei n f l u e n c eo n n i t r o g e n ，p h o s p h o ra n dp o t a s s i u mh a v eb e e ns t u d i e d i ti st e s t i f i e dt h a ts u p e r - a b s o r b e n t p o l y m e rh a st h es t r o n ga d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nc a p a c i t yf o rn i t r o g e n ，p h o s p h o ra n d p o t a s s i u m w h e ni ti su s e di ns o i l ，t h ee f f e c th a sb e e nr e d u c e do b v i o u s l y c o m p a r e d w i t hs o i l ，t h eu s eo fs u p e r - a b s o r b e n tr e s i ne n h a n c e st h ea b i l i t yo fs o i la b s o r b i n g ，f i x i n g a n dr e l e a s i n gn i t r o g e na n dp o t a s s i u m t h a ti st os a y , t h ew a t e r - h o l d i n ga g e n tc a nk e e p a n dd e l a yf e r t i l i t y t h eu s eo fs u p e r - a b s o r b e n tr e s i ni n c r e a s e st h eu t i l i z a t i o no f p h o s p h o rb yr e d u c i n gt h ef i x e dp h o s p h o r t h e r e f o r e ，v a l i d i t yo ff e r t i l i t yi se n h a n c e d f r o ma n o t h e rp o i n to fv i e w i ns u m m a r y , s u p e r - a b s o r b e n tr e s i ni sb e n e f i c i a lt of e r t i l i t y o fs o i lw h e ni ti su s e da sw a t e r - h o l d i n ga g e n to fs o i l t h er e s u l t ss h o wt h a t ：w h e nt h ed o s a g eo fs u p e r a b s o r b e n ti si nt h er a n g eo f o o 0 7 9 m 2i nt h es o i l ，t h ey i e l da n dt h er a t eo fe m e r g e n c eo fg r e e n s t u f f i n c r e a s ew h e n t h eu s e ds o i l s u p e r a b s o r b e n ti n c r e a s e d u s i n gc o r n s t a r c h r a wm a t e r i a l s ，s t a r c hs u p e r a b s o r b e n th a sb e e np r e p a r e db y s y n t h e s i z i n gg r a f t e ds t a r c h - a c r y l i ca c i d a c r y l a m i d ei nt h eb o n ed u s ts u p s p e n s i o nb y s o l u t i o np o l y m e r i z a t i o nf o r t h ef i r s tt i m e t h ei n f l u e n c eo fs o m ef a c t o r so ni t s a b s o r b e n c ys u c ha s m o lr a t i oa n dn e u t r a l i z a t i o no fm o n o m e r , c o n c e n t r a t i o no f c r o s s l i n k e ra n di n i t i a t o ra n di n i t i a lt e m p e r a t u r ei sd i s c u s s e di nd e t a i l t h er e s u l t sh a v e s h o w nt h a tt h em a x i m u ma b s o r b e n c yo fs a gi nd i s t i l l e dw a t e ra n di n0 9 n a c l a q u e o u ss o l u t i o ni s7 8 8 e g ga n d7 6 e g g ，r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：s u p e r - a b s o r b e n tp o l y m e r ；a c r y l a m i d e ；b o n ed u s t ；伊mp o l y m e r i z a t i o n ； i i i b i o d e g r a d a b i l i t y ；r e t a i n i n gf e r t i v 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 耄巍 日期：竺翌：羔：丝 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：篮 e l 期：巡 h 9 2 + ，且溶液p h 值为6 时吸附量达最大，此时该树脂 对p b 2 + 的吸附量为1 8 2 5m m o l 9 1 6 7 1 。k a s g o z 等详细讨论了改性聚丙烯酰胺树脂对 c u 2 + 、c d 2 + 和p b 2 + 的吸附行为，发现改性后的不同产物对这几种金属离子的选择 性吸附不同，如用d e t a 改性的聚丙烯酰胺对c u 2 + 的吸附性较p b 2 + 要大得多【6 8 1 。 杨云峰等考察了自制的聚甲基丙烯酸螯合树脂对铜离子的螯合性能，发现聚甲基 丙烯酸螯合树脂在1 h 时对铜离子的饱和吸附量可达4 4 0 5 9 k g ，铜离子浓度可从 0 1 0 0 4 0 9 l 降至0 0 2 9 2 7 9 l t 6 9 】。由于合成类高吸水性树脂的单体、交联剂、合成 方式的不同，以及对现有树脂进一步功能化，赋予了树脂结构及功能基团的多样 性，这就对不同的重金属离子有了不同的吸附方式，因此，合成类高吸水性树脂 在重金属离子的吸附分离领域将有着广阔的应用空间【7 0 】。 1 6 4 高吸水性树脂在工业领域的应用 在房屋建设、水坝修筑中，如果将吸水树脂、橡胶和一定的界面修饰剂混合 均匀后，用于之建筑物防渗堵漏，效果显著。国外己成功地应用到了英法海底隧 道的修建之中【7 1 】。此外，将含有磺酸基( s 0 3 h ) 的吸水剂与粘结剂一起应用于光纤 通讯电缆，不但提高了电缆包覆材料的挠性，而且提高了抗海水和地下水的渗透 能力，延长使用寿命【7 2 。7 4 】。如和渗透压很高的蔗糖溶液一起，可制取脱水性很高 的脱水薄板材料。目前，日本正在进行把高吸水性树脂同混凝土、橡胶、塑料一 混合的应用闭。另外，高吸水性树脂既可作为耐火被覆材料，又可作为有效的灭 火材料。如日本一家公司研究的用高吸水性树脂使水固化的耐火被覆材料已经研 制成功【2 8 1 。 东北师范大学硕士学位论文 1 6 5 其它应用r 巧j 高吸水性树脂在众多其他领域中也具有十分广阔的应用。除了上述领域外， 高吸水性树脂在其它方面还有很多应用。如制作吸水性衣料、酶的提纯和固定、 太阳能的利用、人造雪的制造、放射性物质的处理、静电防止剂等等【2 8 7 3 1 。 总之，高吸水性树脂是一种用途非常广泛的高分子材料，具有很大的市场潜 力，开发和应用高吸水性树脂的多种功能具有重要意义。随着高吸水性树脂的研 究工作的不断深入，以及产品的多样化和综合性能的日益完善，高吸水性树脂将 会得到越来越广泛的应用。 1 7 论文研究目的及研究内容 1 7 1 研究目的及意义 近年来，水资源严重缺乏，对人的生产生活造成很大影响，随着全球变暖， 干旱加剧，农业受旱面积不断扩大。我国干旱半干旱地区总面积为4 5 5 万h m 2 ， 占国土总面积的4 7 ，且水资源时空分布不均，特别是在北方地区，春旱秋涝， 地区分布也不均，4 5 的国土降水量少于4 0 0 m m ，所以提高有限水资源的利用率 和降水增产潜力一直受到国内外学者的高度重视，研究生物节水和农业节水技术， 已成为国内外科学前沿的重要研究课题。而由于高吸水性树脂的惊人的吸水能力 和良好的保水性，用作上壤保水剂、改良剂。把吸水性树脂混入土壤，提高了土 壤吸水性和保水性；使土壤形成团粒结构，疏松多孔，改变了土壤的空隙分布状 态；增强了土壤的透水性和通气性；提高了土壤的吸湿能力；改善了水分在土壤 中的移动性；使土壤中的有效水分得到延长；同时土壤容量、最大持水量、土壤 温差及水分蒸发速率均得到改善。它的应用可以缓解我国水肥资源紧缺，提高水 肥利用率；可以更好地维持土壤地力，持续提高作物产量；可以有效地减少水土 流失；可以防止土壤退化和沙漠化，以确保农业的可持续发展。 我国在高吸水性树脂在农业的应用方面虽然已经取得了一些可喜的成绩，但 对高吸水性树脂的保水、持水、保肥等基础参数的测定、高吸水性树脂对土壤物 理特性的影响以及对作物生长的影响等还