【正文】 3 用它與土壤結(jié)合改善土壤團粒結(jié)構(gòu)、改善土壤的保水性能和保溫性能，這樣既有利于作物生長，又可節(jié)約灌溉用水、減少灌溉次數(shù)。如在苗木根部加上一些吸水后的樹脂，可以提高苗木移植的成活率，還可以提高 移植苗木的保存時間?；炷林屑尤肷倭扛呶畼渲梢晕毡３执罅康乃郑缓舐尫懦鰜?，提供養(yǎng)護所需水分，減少灑水次數(shù)，節(jié)省人力，同時也增加混凝土破斷強度、表面平滑度，使表面磨擦不易起灰，提高建筑工程質(zhì)量。因為高吸水樹脂吸收處理體系中水分而溶脹，成為凝膠狀物質(zhì)，用簡單分離方法就可將其分離。另外，高吸水樹脂還可以用于發(fā)生洪水時水庫、水壩的堵漏材料以及建造人工雪場。用香料和高吸水樹脂制成的復合凝膠材料，在會議室、車廂及衛(wèi)生間等場所使用，香料緩慢地釋放出來，可創(chuàng)造良好的氣氛。同樣的，在雪花膏、香粉、香皂中加入高吸水樹脂， 不僅可以使香味保持持久，還可以起保水增稠作用，防止儲存過程中變干，同時可滋潤皮膚。 食品保鮮的應用 高吸水樹脂做的保鮮材料對水果、蔬菜具有良好的保鮮效果，便于水果、蔬菜儲存及運輸。另外，高吸水樹脂和一些基材復合制成的帶狀物，可用于蔬菜、水果和其它食品的儲存和運輸。 在礦山中的應用 由于高吸水樹脂能吸附大量的水，具有高度膨潤性、粘著性、高化學穩(wěn)定性， 安徽理工大學畢業(yè)論文 4 因此，可用于礦區(qū)大范圍堵水、含水礫石或沙層等掘進隔水、建筑物間隙充填、各種管道連接密封防漏等。 其它方面的應用 高吸水樹脂還可作為無聲膨脹炸藥、充填體脫水劑、除臭殺菌劑、滅火防火劑、炸 藥水泥防潮劑等方面。通過傳導加熱合成高吸水樹脂的反應體系主要有本體合、溶液聚合 [1516]和反相懸浮聚合 [1718]。 高能電離輻射聚合制備高吸水樹脂 高能電離輻射聚合是將單體或單體溶液置于高能電離輻射作用下產(chǎn)生的初級活性粒子引發(fā)的聚合反應。 輻射法有其優(yōu)點也有其局限性，如一次性投資很大，受源室空間的限制，大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)比較困難等，這也是有條件對此進行研究的人較少的一個原因 [19]。與傳導加熱方式相比，微波加熱具有以下特點： (1)微波加熱是一種“內(nèi)加熱”[20]，物質(zhì)在電磁場中 因介質(zhì)損耗而體積加熱，可實現(xiàn)分子水平的攪拌； (2)根據(jù)物質(zhì)的介電性質(zhì)選擇性加熱； (3)加熱無滯后效應、無熱慣性，加熱速度快、效率高。但由于其頻率與分子的轉(zhuǎn)動頻率相近，微波被極性分子吸收時，可以通過在分子中儲存微波能量與分子平動能量發(fā)生自由交換，即通過改變分子排列等焓或熵效應來降低反應活化能，從而改變了反應的動力學，促進反應進程，即所謂的“特殊效應”或 “非熱效應” [21]。 紫外輻射法合成高吸水樹脂 紫外輻射聚合固化法是指聚合物單體 經(jīng)紫外光照射后 ,首先 光引發(fā)劑 吸收紫外光輻射能量而被激活 ,其分子外層電子發(fā)生跳躍 ,在極短的時間內(nèi)生成活性中心 ,然后活性中心與樹脂中的不飽和基團作用 ,引發(fā)光固化樹脂和活性稀釋劑分子中的雙鍵斷開 ,發(fā)生連續(xù)聚合反應 ,從而相互交聯(lián) 固化 。 首先是光引發(fā)階段 。最后鏈自由基會通過偶合或歧化而完成鏈終止。同時， UV 固化產(chǎn)品的質(zhì)量也較易得到保證。由于容易控制，因而降低了廢品率，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，而且， UV固化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也較容易調(diào)整。同時，由于紫外固化材料固含量高，使得材料實際消耗量大幅度減少。 (3)污染少 UV 固 化基本不使用有機溶劑，其稀釋用的活性單體也參與固化反應，基本上 100%固含量，因此可減少因溶劑揮發(fā)所導致的環(huán)境污染以及可能產(chǎn)生的火災或爆炸等事故。超聲波是由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成的，并通過液體介質(zhì)向四周傳播。當超聲波在液態(tài)媒質(zhì)中傳播時，會在極短的時間和極小空間內(nèi)將產(chǎn)生瞬間的局部高溫（～ 5000K）、高壓（～ 1000atm）及高達 109K/s的溫度變化率，并伴隨強烈的沖擊 波和時速達 400km 的射流及放電發(fā)光作用，這就是所謂的 “ 空化效應 ” 。 其它方法合成高吸水樹脂 路建美等采用等離子引發(fā)聚合合成高吸水樹脂，這種等離子引發(fā)聚合制備高吸水樹脂的方法不用引發(fā)劑和交聯(lián)劑，可得到很純凈的產(chǎn)物，但是工藝過程過于復雜，反應規(guī)模將受到一定限制。 高吸水性樹脂的分類 從制備所使用的主要原料出發(fā)，高吸水樹脂大致可分為天然物系列、聚丙烯酸系列、聚乙烯醇系列及其他 4 種。 安徽理工大學畢業(yè)論文 7 可生物降解型天然高分子類高吸水材料 淀粉類 淀粉是一種來源廣泛，價格低廉的天然高分子物質(zhì)。淀粉類高吸水材料同時也存在著長期保水性不足、凝膠強度低、易受微生物分解而失去保水能力等問題，限制了其在一定范圍推廣應用。可在反應液中加入山梨糖單硬脂酸作防腐劑來提高其耐霉解性，也可加入交聯(lián)劑提高其凝膠強度等。利用纖維素資源不僅可有效的提高農(nóng)林廢棄產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，還可緩解以有限的石油資源為原料的工業(yè)生產(chǎn)，此外纖維素本身無毒無害，因此將其應用于制造降解材料有著廣闊的前景。纖維素類高吸水材料的吸水倍率相對不高，利用纖維素衍生物接枝共聚可以大大提高其吸水能力。目前，海藻 酸類高吸水材料主要用于微囊載體，以及軟骨組織工程材料，然而材料的力學性能較差，不能很好地起到承載作用，難以給細胞的生長提供良好的支撐環(huán)境。 殼聚糖類 殼聚糖成膠成膜性好，具有很好的生物兼容性和可生物降解性，且具有抗菌防霉、吸濕保濕、治傷、抗凝血等性能，使其成為藥物制劑研究的熱點。如何降低成本，將現(xiàn)有的技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，生產(chǎn)出適合市場需求的產(chǎn)品還有待進一步的研究開發(fā)。 高吸水樹脂發(fā)展展望 目前國內(nèi)外研制的各種高吸水樹脂大都對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，在鹽水中的吸水率卻降到 1/101/50，這就造成其在實際應用中大打折扣 ?？刹捎媒又误w含有非離子、兩性離子的基團或引入氨基和磺酸基等多種方法。今后應在基礎(chǔ)理論方面下功夫，進而指導工作的方向。利用無機或有機材料與高吸水樹脂物理混合或參與聚合反應而制得的復合型高吸水樹脂，不但可以提高樹脂的吸水性能、耐鹽性能和保水性能， 也可以降低成本。 (5)改進工藝路線。天然植物功能高分子材料產(chǎn)品，原料取自自然，產(chǎn)品發(fā)揮作用經(jīng)生物降解又回歸自然。 本文研究內(nèi)容 (1)本文以 AMPS、 CTS、 MA為單體， NMBA 為交聯(lián)劑， APS 為引發(fā)劑，采用紫外固化法合成了高吸 水樹脂，并通過單因素實驗得出了最佳的合成條件。 (3)利用 IR、 DSCTGA分析等表征方法對樹脂的結(jié)構(gòu)進行了表征。放在紫外燈下反應一段時間后取出 , 得到白色半透明狀膠體產(chǎn)物，將其粉碎加入蒸餾水中常溫攪拌約 4h, 靜置 5h后過濾烘干即得純化產(chǎn)品。 合成流程圖 圖 2 合成流程 性能測試 吸水速率的測定 稱取一定量的樹脂放入 200 目的尼龍袋中，分別測定 樹脂在不同時間的吸水率 ，最后可以得到樹脂吸水倍率與時間的變化曲線。 按下式計算樹脂的吸液率： 吸液率 （ g/g） =(m1m2)/m2 m1 —— 濕樹脂的質(zhì)量 m2 —— 干樹脂的質(zhì)量 紅外表征 紅外與拉曼光譜是分子光譜， 用于研究分子的振動能級躍遷，是有機功能團鑒定及結(jié)構(gòu)研究的常用方法。 DSCTGA 熱分析 在 N2 氣氛下，溫度由室溫升至 800℃ ，升溫速度為 10℃ /min，考察樹脂的熱穩(wěn)定性。從圖中可知，隨著固含量的增加，樹脂的吸水率先增加后減小，體系的固含量為 %時，樹脂的吸水率最好。只有當固含量為 %時，自由基和單體擴散性好且不容易 鏈終止，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較完善，吸水率較高。 安徽理工大學畢業(yè)論文 13 4:1 6:1 8:1 10:1 14:1 15:1 18:1280300320340360380400420440460480 Q/AMPS/MA 圖 4 AMPS 含量對樹脂吸水率的影響 從圖 4 可知，當 n（ AMPS） ： n（ MA） = 14： 1時，樹脂吸水率最大。當 AMPS 含量過高時，均聚物增多，使得樹脂的水溶性增大，吸水率也較低。 320330340350360370380 Q/CTs /% 圖 5 CTS 含量對樹脂吸水率的影響 從圖 5 可知，當 殼聚糖用量為單體總量的 2%時，樹脂的吸水率最高。當殼聚糖用量為單體總量的 2%時，能形成適當?shù)幕钚灾行?，殼聚糖接枝效率較高，產(chǎn)生均聚物較少，吸水倍 率較高 [27]。 1 2 3 4 5 6330340350360370380 Q/pH 圖 6 pH對樹脂吸水率的影響 從圖 6可知，當體系 pH為 3時，合成的 CTS/ AMPS/MA 樹脂的吸水率最高，隨著 PH 的增大，樹脂的吸水率先增大后減小。當溶液的 pH 較大時，一方面，溶液中鈉鹽量增多，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外滲透壓小，樹脂的水溶性增大，吸水倍率降低；另一方面，溶液中 SO3— 增多，單體間相互排斥作用增大，反應活性低，聚合不完全，樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較松散。 安徽理工大學畢業(yè)論文 15 固化時間對樹脂吸水率的影響 pH=3，改變體系的固化時間，其他反應條件同 ，固化時間對樹脂吸水率的影響如圖 7。隨著固化時間的增加，樹脂的吸水率逐漸增加，當光照時間達到一定值后，樹脂吸水率又隨著時間的增加而降低。 交聯(lián)劑對樹脂吸水率的影響 取固化時間 t=5min，改變體系的交聯(lián)劑用量，其他反應條件同 ，交聯(lián)劑用量對樹脂吸水率的影響如圖 8。當交聯(lián)劑用量少時，交聯(lián)度小，交聯(lián)反應不完善，樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較疏松，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生的滲透壓較小 ，樹脂的吸水率較低；隨著交聯(lián)劑用量的增加，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更緊密，滲透壓增大，樹脂的吸水能力增大；當交聯(lián)劑繼續(xù)增大時，樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過于密集，張展能力變小，水分子進入量減小甚至難以進入，因此吸水能力開始下降[2930]。 250300350400450500 Q/APS/% 圖 9 引發(fā)劑對樹脂吸水率的影響 從圖 9可知，引發(fā)劑的用量對吸水樹脂吸水率的影響存在一個最大值，當引 安徽理工大學畢業(yè)論文 17 發(fā)劑用量為 單體總量的 %時，樹脂的吸水率最高。在自由基聚合反應中，聚合速率主要取決于引發(fā)劑分解速率，而引發(fā)劑分解速率與引發(fā)劑濃度成正比。 樹脂的性能 測試 樹脂的吸水速率 在最佳配比條件下，稱取 樹脂放入盛有水的燒杯中，測不同時間的吸水率。樹脂在吸水初期，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的親水基團（ — COOH， — SO3H， — CONH2，— OH）與水分子的水合作用，使得內(nèi)外溶液存在很大的滲透壓，水分子以滲透的方式進入到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故初期吸水速率較快；隨著水分子的進入，內(nèi)外滲透壓逐漸變小直至平衡，所以樹脂的吸水率達到最大 [33]。其中 :k 為吸水速率常數(shù)； eQ 為平衡吸水倍率； 0Q為起始吸水倍率 .以 )lg( te ? 對 t 作圖，斜率為吸水速率常數(shù) k ，然后由 (3)式可求出不同時間的吸水倍率。 0 20 40 60 80 log（QeQt）t/minY = 297 X + 553R= 757 8 圖 11 樹脂的溶脹動力學曲線 0 50 100 150 200 250050100150200250300