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本论文采用反相乳液聚合,合成了一系列不同粒径、粒径分布、吸水倍率、凝胶强度的聚丙烯酸钠(PAANa)吸水树脂粉末。将这种粉末与苯乙烯、表面活性剂Span-80在过氧化苯甲酰引发下原位共混,制得遇水崩解型聚苯乙烯(WDPS)。采用“两步法”发泡工艺,制备遇水崩解型聚苯乙烯泡沫制品。发现遇水崩解后产物黏附有吸水树脂水凝胶,具有良好的吸水、保水保肥作用,且对环境友好。
研究了搅拌速率、油水相质量比、乳化剂浓度等因素对反相乳液聚合所得吸水树脂粉末平均粒径、粒径分布和团聚情况的影响,得到了制备较小平均粒径和窄粒径分布吸水树脂粉末的条件;DSC测试发现所得吸水树脂水凝胶中含有许多利于WDPS崩解的结合水和束缚水;吸水树脂的吸水倍率随着丙烯酸中和度的增大先升高后降低,当丙烯酸100%中和时,吸水倍率最高,为1304g/g:交联剂用量高于3%或者共聚单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的用量提高时,吸水树脂的凝胶强度提高,但吸水倍率下降;所得吸水树脂具有良好的恒温和土壤高温保水性能及热稳定性。
WDPS的遇水崩解机理:在分散剂Span-80的作用下,吸水树脂吸水后膨胀导致基体聚苯乙烯出现银纹并扩展为裂缝,裂缝继续扩展,最终导致基体崩解为粒径0.05~0.2mm的粉末,并失去强度。研究发现吸水树脂的粒径越小、吸水倍率越高、凝胶强度越大时,WDPS崩解速度越快且彻底;随PS分子量升高,WDPS越难崩解;Span-80用量占单体质量3%时,WDPS崩解后粒径均匀。随吸水树脂粉末含量提高,WDPS的拉伸强度和冲击强度提高,表明PAANa刚性粒子具有增韧作用;崩解产物具有良好的吸水性能,可做为土壤改良剂。
根据WDPS的特点,优化出一套发泡工艺。用显微镜观察了泡沫的泡孔结构,发现添加纳米碳酸钙、聚乙烯蜡等第二成核剂能够改善泡孔结构;对泡沫的遇水崩解机理进行了探索,为得到遇水崩解性能稳定的泡沫材料奠定了基础。