沈程鑫 可降解保水剂.doc

黎明职业大学毕业设计开题报告学生姓名 沈程鑫 指导教师 欧阳娜 学 院 轻纺工程学院 年 级 14级 专 业 高分子材料加工技术 研究方向 可降解保水剂 开题日期 2015年12月 二一四年九月制表表：毕业设计开题报告拟撰写学位论文的题目可降解保水剂的制备及应用研究支持学位论文研究的科研项目1、 毕业设计选题的依据1、选题的来源 高吸水性树脂能通过水合作用迅速吸收自身几百倍乃至上千倍的水而成胶凝状，常压下对其施加压力，水也不会从凝胶中逸出，常称其为高吸水性聚合物、高吸水性材料或超强吸水树脂等。是一种具有三维交联网状结构的新型功能高分子材料，采用羧基、羟基或氨基等亲水性单体，在引发剂和交联剂作用下，通过聚合、交联等化学反应而形成。目前，大部分的保水剂并不是可降解性的。由于市场的需求，如卫生用品之类的均为不可降解性。卫生用品使用后，如果直接扔到自然环境中，土壤环境无法分解。造成的是对环境的损伤。随着保水剂的进一步发展。可降解保水剂的出现成为了科研家们的另一个热门科研方向。2、 选题的意义目前市面上的保水剂主要有均聚丙烯酸，淀粉接枝系列与纤维素接枝系列三种。由于纤维素在自然界中分布广泛的天然高分子材料且具有可再生可降解及良好的环境兼容性因此作为当前科研的主攻方向。天然纤维素是世界上最大的、价格低廉的可再生资源，在石油资源日益枯竭的今天，将其应用在接枝共聚制备高吸水性树脂这一环境功能材料有着重要的环保意义和经济意义，且纤维素中单糖分子间的构型使纤维素分子链呈刚而直的状态，在分子内和分子间氢键的作用下，纤维素纤维呈现高度有序的构造纤维素中约有70是晶型的，这一构造虽说使得纤维素的可及度较低，但在另一方面也使得在提高溶胀凝胶的弹性模量及分子网络结构的可设计存在潜在的优势。中国粘土矿物资源丰富，廉价易得。其中，高岭土矿物具有表面多羟基、可交换阳离子、分散性和亲水性等特点，于有机树脂以某种形式结合后，形成矿物粉体或有机树脂高吸水保水复合材料，不仅可以改善吸水材料的综合性能，还可以降低吸水材料的生产成本，同时提高矿物的利用价值。3、 国内外研究动态 保水剂在美国、日本、德国等发达国家发展较快，应用较为广泛，我国在90年代中期形成第二个高潮，现处于一个高速发展的阶段。我国兰州成功开发多功能高吸水树脂，其主要创新特点是将天然高分子与合成高分子吸水树脂有机结合，这一产品的成功开发使得保水剂具备可降解性、抗旱保水、营养缓释供给等而且生产工艺简单，成本降低，该多功能高吸水树脂的成功开发填补了国内关于可降解保水剂研究的空缺。 彭娜娜等以玉米秸秆为原料、采用水溶液聚合法制备高吸水性树脂。林建等以丙烯酸盐、丙烯酰胺、高岭土和淀粉等为原料，用溶液聚合法制备了复合型耐盐高吸水性树脂、王瑞等人为了提高树脂吸水率、抗盐性和重复吸水后的凝胶强度，将预处理后的小麦秸秆，通过水溶液聚合法与丙烯酸、丙烯酰胺、改性膨润土共聚后合成高吸水性树脂。探讨交联剂、引发剂用量、单体质量比、丙烯酸中和度、预处理后的小麦秸秆和膨润土用量等单因素对树脂吸水率和吸盐水率的影响，并确定了合成的适宜条件。通过红外光谱对预处理后的小麦秸秆和合成高吸水性树脂的结构进行了分析，对比了最佳条件下添加和不添加改性膨润土所制备的高吸水性树脂的吸液率、重复吸液率和重复吸液后的凝胶强度。2、 毕业设计研究的目标方案目前，国内外对纤维素与丙烯酸的接枝共聚反应以制备性能优良的高吸水性、吸附材料，离子交换纤维等新型化工产品,有一定的研究。本课题在现有学者研究的基础上进行试验，对纤维素接枝丙烯酸的方法进行改良。本课题采用高价态过度金属离子在酸性水溶液条件下诱发纤维素与丙烯酸接枝的共聚反应，再与高岭土进行共混，放进烘箱进行烘干制得成品后。在本研究中研究其丙烯酸的中和、试验温度、引发剂的量、高岭土的加入量对接枝率的影响，获得具有一定保水功能的材料；再对该保水剂的降解性能进行研究，探讨其应用。（一）研究方法 本课题采用纤维素进行试验，再与丙烯酸和高岭土的混合液反应。在接枝成功后，将产品放入烘箱，制得最终产品后。通过改变不同的试验因素最终制备得到吸水率良好的可降解保水剂。（二）技术路线 丙烯酸钾离子FDS 纤维素高岭土冰浴中和接枝共聚交联剂、引发剂干燥粉 碎产 品性能测试XRDFTIRSEM（三）研究内容 1. 纤维素与丙烯酸和高岭土的混合液中发生接枝共聚反应后制得可降解保水剂及其吸水率、保水率的效果评价。采用纤维素进行接枝，以制得高保水性的可降解保水剂为目标，研究不同试验变量对可降解保水剂的吸水速率、保水率的影响从而筛选出实验条件下的最佳试验条件 2. 测量方法：用过滤法测得吸水率（吸水率Q= 树脂吸水后凝胶的质量树脂干样品的质量/树脂干样品质量）。 3. 工艺优化条件研究考察引发剂的用量、反应温度、高岭土的用量、反应时间等条件对可降解保水剂的吸水率、保水率的影响，优化吸；附条件。 4.性能测试：采用XL30 SEM扫描电子显微镜，若SEM扫描的复合材料显微图上高岭土均匀分布在纤维素接枝共聚物的教练网络上，表明有机物与无机物符合效果良好，并且初步表明高岭土表面上的羟基可能与有机物反应形成网络结构，使得有机和无机两相稳定结合。证实了该产品的可降解性以及增大了吸水凝胶的强度。（四）拟解决的关键问题在未来的毕业设计试验中将尽肯可能探讨实际应用中可降解保水剂的制备工艺，包括可降解保水剂的耗时耗能、保水剂的可降解性、可降解保水剂的吸水率、保水率，可降解保水剂的生产经济、实际使用效果、对不同环境的实际使用情况，希望通过一系列的试验能够解决这些关键问题。3、 毕业设计的研究特色及创新之处本课题在现有研究的基础上，对近些年来国内外对可降解保水剂的研究发展进行试验。对实际保水剂的可降解性、吸水率、保水率等进行实验研究讨论，以期待能够发现可降解保水剂较为良好的降解性。4、 毕业设计达到的预期目标与预期研究成果 本课题将纤维素在和丙烯酸与高岭土水溶液的接枝共聚反应制得可降解保水剂。以下是关于本课题的预期目标:1、 制备可降解保水剂；2、 确定制备可降解保水剂的最佳的条件。3、 能够在理论上寻找出可降解保水剂，并探讨实际应用中可降解保水剂的制备工艺；5、根据实验结果撰写毕业设计论文；五、毕业设计的研究进展和进度安排1、查阅中外可降解保水剂的相关文献2、设计实验方案和技术路线（2016年1月18日前完成开题报告；）3、准备实验前的相关工作4、在老师指导下，认真做实验，并整理实验过程记录材料，处理实验数据（2016至2017年进行实验实践）5、在多次实验后制得实验预期产品后完成毕业设计（2017年1月完成毕业设计并答辩）六、主要参考文献1林建明，杨正方，普敏莉，吴季怀，膨润土/聚丙烯酸钠盐高吸水性复合材料研究(I)J矿物学报，（2001）030427042林松柏，林建明，吴季怀，肖春妹纤维素接枝丙烯酰胺/高岭土高吸水性复合材料研究J矿物学报，（2002）040299043吴帆，陈洪凯。高吸水保水材料研究及趋势发展A科技创新导报，1647098X（2014）10（b）003103 4李铭慧。郭明。天然材料合成保水剂在农林业中应用的研究进展A.甘肃科技，3113005林建，牟国栋，杨雪. 淀粉高岭土/聚丙烯酸聚丙酰胺高吸水树脂的制备和性能A. 西安科技大学材料科学与工程学院, （2010）140090056任卫卫.论我国保水剂的发展现状及展望.A现代工业.（2009)100051017郑彤，王鹏，张志谦，闫杰，陈传品. 纤维素接枝丙烯酸制备高吸水树脂及树脂保水性能的研究A哈尔滨商业大学学报 （2002）020192058苏茂尧，丁新颖. 纤维素经铈离子引发丙烯酸接枝共聚机理研究A 华南理工大学学报（2002）040299079刘建朝，左可胜，李绍卿，李剑敏. 抗旱保水剂膨润土 聚丙烯酸盐吸水树脂研究A地球科学与环境学报 （2005）04 00580510程倩，徐建中.Ni引发苯乙烯在纤维素上接枝共聚反应A 河南大学学报（2008)0302630611王瑞，李倩，岳钦艳，彭娜娜，高宝玉，王燕.小麦秸秆改性膨润土基高吸水性树脂的制备A山东大学学报（2008)03025305指导教师意见：指导教师签字： 年 月 日表1-2：毕业设计开