接枝改性纤维素及其性能的研究

作     者：刘智超 

作者单位：大连工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐德增

授予年度：2013年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：纤维素 丙烯酰胺 甲基丙烯酸丁酯 均相接枝聚合 接枝共聚物 

摘      要：纤维素是地球上最为丰富的天然高分子资源,是可再生的有机资源,它具有独特的反应活性和分子特性,如生物可降解性、无毒无害、安全、生物相容性、亲水性。纤维素接枝改性的研究已成为该领域的研究热点。 高吸水性材料不仅保留了高分子本身的优点,同时又具有非常优异的吸水以及保水性能,是一种可加工性强使用性能优良的新型功能材料。 本研究以纤维素为原料,通过对其进行活化、溶解等处理获得均一溶液;在氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液以及离子液体([Bmim]Cl)两种不同的均相介质中,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)为接枝单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过自由基聚合法均制备出了纤维素/AM/BMA接枝共聚物。考察了聚合温度、时间以及K2S2O8、AM、BMA、MBA的用量对接枝效果的影响。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA/DTA)和扫描电镜(SEM)对接枝产物进行了结构表征,并研究了该改性材料的吸水保水性能。 研究表明：经碱处理后,纤维素的晶面结构发生明显改变,结晶度和晶粒尺寸变小。采用氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶剂体系对纤维素进行溶解,获得最佳组分的质量分数配比,即NaOH：硫脲：尿素：水=7：6：8：79,确定了在该反应介质中制备纤维素/AM/BMA接枝共聚物的最佳合成条件,即m(纤维素)：1n(AM:m(BMA):m(K2S2O8):m(MBA)=1：4：2：0.05：0.006,65℃,2h,在此条件下接枝率可达87%,接枝效率为36%,吸水倍率为583g/g;以离子液体([Bmim]C1)为反应介质,通过正交试验,确定了接枝共聚物的最佳合成条件,即m(纤维素):m(AM):m(BMA):m(K2S208):m(MBA)=1:2.5:2.5：0.06：0.005,65℃,2h,接枝率为89%,接枝效率为38%,吸水倍率为590g/g;根据自由基接枝共聚反应以及动力学原理,对单体用量、引发剂浓度以及温度等因素对总反应速率Rg的影响进行了探讨研究,进而推导出了纤维素/AM/BMA接枝共聚反应的初始阶段的活化能Ea=29.931(KJ·mo1-1)。