聚丙烯酸钠/改性纳米纤维素晶体复合高吸水性树脂的制备及溶胀行为开题报告

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1. 研究目的与意义

聚丙烯酸钠(paana)高吸水性树脂是一类被广泛研究和应用的合成高吸水性树脂，但它存在耐盐性差、吸水速率不够快、吸水后强度低等缺点，必须通过改性才能满足各种应用的需要。对高吸水性树脂进行纳米复合是目前的一种重要改性方法，主要采用的是蒙脱土、凸凹棒土、石墨烯等无机纳米粒子。

纳米纤维素晶体(ncc)具有强度高、比重小、易于表面改性、与水溶性聚合物基体相容性好等优点，非常适合用于对高吸水性树脂的纳米复合改性。其中，ncc具有良好的分散稳定性是制备纳米复合高吸水性树脂的基础。目前，ncc多数由硫酸水解纤维素制得，其表面连有硫酸酯基(－oso3－) ，表面负电荷形成的双电层之间的排斥作用使ncc能够稳定地分散在水中；但在一定浓度的强电解质溶液中，离子会压缩纳米粒子的表面双电层而促进聚集作用，ncc可能聚集起来而失去分散稳定性。因此先用铈(Ⅳ)盐引发丙烯酰胺(am)在ncc表面接枝聚合，接枝产物纳米纤维素晶体-g-聚丙烯酰胺(ncc-g-pam)能够稳定地分散在丙烯酸钠/丙烯酸混合单体水溶液中，然后以n,n-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂通过原位光聚合来制备paana/ncc-g-pam复合高吸水性树脂，考察了ncc-g-pam的添加对高吸水性树脂结构、形貌和吸(盐)水性能的影响，并通过控制纳米纤维素晶体的添加量及表面成分来调控复合树脂的凝胶结构及组成，找出凝胶结构及组成对复合树脂耐盐性、吸液速率、脱水速率等的影响规律。

2. 国内外研究现状分析

将聚丙烯酸钠高吸水性树脂通过表面交联，设计并制备出具有核壳结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂，可以大幅度提高吸水速率。J.Huang等以过硫酸钾为引发剂，Span-60为悬浮稳定剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯基苯为交联剂，通过反向聚合法合成了耐盐性高吸水性树脂，发现由于二乙烯基苯的表面交联作用，制得的树脂具有更快的吸水速度、更好的耐盐性。黄洋等制备了细菌纤维素晶须(BCW)/聚(丙烯酸-丙烯酰胺)复合高吸水性树脂，BCW的添加量低于0.1wt%，且添加量高于0.05wt%时吸水倍数反而降低，这主要是因为BCW在丙烯酸钠/丙烯酸/丙烯酰胺混合单体水溶液中的分散稳定性不是太好。由于NCC在丙烯酸钠/丙烯酸混合单体水溶液中的分散稳定性更差，目前仍未见将NCC与丙烯酸钠/丙烯酸一起原位聚合来制备复合高吸水性树脂的报道。

3. 研究的基本内容与计划

(1) 表面改性纳米纤维素晶体的制备与表征；聚丙烯酸钠/表面改性纳米纤维素晶体复合高吸水性树脂的制备条件优化；

(2) 复合高吸水性树脂的内部结构表征及凝胶强度测定；

(3) 测定复合高吸水性树脂的吸水/盐水率及脱水速率；

4. 研究创新点

(1) 引入纳米纤维素晶体这一具有强度高、比重小、易于表面改性、与水溶性聚合物基体相容性好等优点的物质，且ncc具有良好的分散稳定性；

(2) 利用丙烯酰胺对纳米纤维素晶体表面接枝改性，不仅大大提高了ncc的分散稳定性，还提高了其吸水速率与吸生理盐水速率；

(3) 原位光聚合来制备paana/ncc-g-pam复合高吸水性树脂，考察了ncc-g-pam的添加对高吸水性树脂结构、形貌和吸(盐)水性能的影响。