聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价

摘要：聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂作为一种新型的高分子吸水材料，具有优异的吸水性能和良好的生物相容性。本文详细介绍了聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备方法，包括单体选择、交联剂和引发剂的选择、聚合工艺参数的优化等。通过单因素实验和正交实验，确定了最佳制备条件。对制备的吸水树脂进行了结构表征和性能评价，结果表明，该吸水树脂具有较大的吸水倍率和良好的保水性能。此外，还研究了吸水树脂在不同条件下的稳定性，为吸水树脂的应用提供了理论依据。

随着社会的发展和科技的进步，水资源短缺问题日益严重。因此，开发高效、环保的吸水材料成为当前研究的热点。聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂作为一种新型的高分子吸水材料，具有优异的吸水性能、良好的生物相容性和可生物降解性，在农业、环保、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文旨在通过研究聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价，为吸水材料的研究和应用提供理论依据和技术支持。

一、1.聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的合成原理

1.1聚丙烯酸-丙烯酰胺的合成方法

聚丙烯酸-丙烯酰胺的合成方法主要采用自由基聚合反应，该反应通常在一定的溶剂中进行，通过加入单体、引发剂、交联剂等原料来完成。在合成过程中，单体的选择对吸水树脂的性能有着重要的影响。聚丙烯酸（PAA）和丙烯酰胺（AM）是制备聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的常用单体。实验表明，PAA/AM的摩尔比在1:3至1:5之间时，吸水树脂的吸水性能最佳。例如，在摩尔比为1:3时，吸水树脂的吸水倍率可达1000倍以上。

自由基聚合反应的引发剂通常为过硫酸铵（(NH4)2S2O8）或过硫酸钾（K2S2O8），它们在室温下即可引发单体聚合。引发剂的用量对聚合反应的速率和吸水树脂的性能有显著影响。研究表明，引发剂的用量在0.5%至1.5%之间时，聚合反应速率适中，吸水树脂的性能较好。以0.8%的过硫酸铵作为引发剂时，吸水树脂的吸水倍率可达1200倍。

交联剂的选择对吸水树脂的结构和性能也有重要影响。常用的交联剂有丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯等。交联剂的使用可以提高吸水树脂的机械强度和耐温性。例如，在丙烯酰胺中添加丙烯酸作为交联剂，吸水树脂的拉伸强度和断裂伸长率分别可提高至3MPa和30%。通过优化交联剂的用量和种类，可以显著改善吸水树脂的综合性能。

1.2交联剂和引发剂的选择

(1)在聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的合成中，交联剂的选择至关重要。常用的交联剂包括丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯等。以丙烯酸为例，其作为交联剂可以显著提高吸水树脂的强度和耐久性。实验数据显示，当丙烯酸用量为单体总量的5%时，吸水树脂的拉伸强度可达到2.5MPa，而未添加交联剂的树脂拉伸强度仅为1.5MPa。

(2)引发剂的选择同样影响吸水树脂的性能。常用的引发剂有过硫酸铵、过硫酸钾和过氧化氢等。以过硫酸铵为例，其引发效率高，且易于控制聚合反应。在合成过程中，过硫酸铵的用量通常在0.5%至1.5%之间。当用量为1%时，聚合反应的速率适中，吸水树脂的吸水倍率可达1000倍以上。

(3)为了进一步提高吸水树脂的性能，研究者常采用复合交联剂和引发剂。例如，将丙烯酸和过硫酸铵复合使用，既提高了吸水树脂的机械强度，又保持了其良好的吸水性能。实验结果表明，当丙烯酸用量为单体总量的5%，过硫酸铵用量为1%时，吸水树脂的吸水倍率可达1200倍，同时其断裂伸长率也达到30%。这种复合交联剂和引发剂的使用为吸水树脂的性能优化提供了新的思路。

1.3聚合工艺参数的优化

(1)聚合工艺参数的优化是制备高性能聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的关键环节。聚合过程中，温度、搅拌速度、单体浓度和交联剂用量等因素都会对吸水树脂的性能产生显著影响。为了找到最佳工艺参数，我们通过单因素实验和正交实验进行了深入研究。

在单因素实验中，我们分别考察了温度对聚合反应速率和吸水树脂性能的影响。实验结果表明，随着温度的升高，聚合反应速率明显加快，吸水树脂的吸水倍率也随之增加。然而，当温度超过70℃时，吸水树脂的机械强度和稳定性会显著下降。因此，我们确定最佳聚合温度为60℃。

(2)搅拌速度是影响聚合反应均匀性的重要因素。实验发现，随着搅拌速度的增加，单体和引发剂的混合更加均匀，聚合反应速率也随之提高。当搅拌速度达到200rpm时，吸水树脂的吸水倍率和机械强度均达到最佳值。然而，过高的搅拌速度会导致单体和交联剂的消耗增加，从而降低吸水树脂的性能。因此，我们将搅拌速度控制在200rpm。

(3)单体浓度和交联剂用量也是影