羧甲基纤维素吸水树脂的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物(superabsorbentpolymers,简写为sap),是一种新型多功能高分子材料,它能吸收自身质量几百到几千倍的水,且保水性能优良,一旦吸水膨胀成水凝胶,即加压也难以将水分离出来。同时,高吸水性树脂可循环使用，因此越来越受到人们的关注。目前,高吸水树脂已在工业、农业、林业、卫生用品等领域中得到广泛应用,并显示出更为广阔的发展前景。一般地，高吸水树脂链上带有-cooh , -oh ,-s0₃h及-conh₂等功能基团中的一种或几种，这些基团对过渡金属具有良好的吸附性能，因此，高吸水树脂还能作为金属离子螯合剂，对各种金属离子进行富集、分离、分析或回收等。高吸水性树脂已经广泛地应用于多个领域。

按原料和制备方法的不同，高吸水性树脂可分为淀粉类、纤维素类和合成树脂类。淀粉类高吸水性材料主要是通过淀粉和丙烯腈接枝聚合再经碱水解或淀粉和丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性材料接枝聚合交联再经碱中和制得，优点是原料来源丰富，成本低，产品吸水倍率高，缺点是吸水速率较慢，长期保水性能不佳。合成树脂类主要有丙烯酸(盐)类、丙烯腈类、丙烯酰胺类、聚乙烯醇类等。纤维素类高吸水性树脂通过纤维素或其衍生物与丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈等单体接枝聚合而成，吸水速率高，保水性能好。羧甲基纤维素(cmc)是一种阴离子、直链、水溶性纤维素醚，是天然纤维素与氯乙酸经化学改性得到的一种衍生物。其外观为白色或微黄色絮状纤维粉末，无嗅无味，无毒;溶液为中性或微碱性，有吸湿性，对光热稳定，粘度随温度升高而降低。易溶于冷水或热水，形成透明溶液。其水溶液具有增稠、成膜、黏结、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用，因此其工业用途非常广泛。

与合成类、淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素高吸水性树脂的吸水量稍低，一般为自身重量的几百倍，但其耐盐性好，ph值易调节，抗生物降解的性能较好，具有重要的环保意义和经济价值。同时作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉类往往无法取代。例如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改善合成纤维的吸水性能，这方面的应用显然非纤维素类莫属。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容及目标

本课题的目的在于以羧甲基纤维素为原料，制备具有特定微观结构的吸水树脂。研究羧甲基纤维素吸水树脂的吸水和力学等性能，以及羧甲基纤维素浓度、反应温度及反应时间等工艺参数与吸水树脂的吸水和力学性能之间的构效关系，获得最优的反应条件。该课题有望将传统吸水树脂的吸水和力学性能有所提升，以拓展吸水树脂的实际应用范围。

论文主要内容:

（1）羧甲基纤维素吸水树脂的合成；

（2）羧甲基纤维素吸水树脂的结构表征；

（3）羧甲基纤维素吸水树脂的性能测试；

（4）不同工艺条件对羧甲基纤维素吸水树脂性能的影响。

2.2 拟采用的技术方案及措施

称取2g羧甲基纤维素（CMC）置于100mL的三口烧瓶内，加入40mL蒸馏水，在30℃下搅拌20min，取2g聚酰胺-胺树形分子（PAMAM）经HCl中和到pH 6, 搅拌的同时缓慢滴加溶于10mL蒸馏水的5g过硫酸钾（K2S2O8）引发剂，通入N2保护气，除去氧气，搅拌20min后, 加入2.6g的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MPA), 通入N2, 然后升温到70℃，继续反应3h，反应完毕后取出产物，用蒸馏水冲洗2遍，除去未反应的小分子，用乙醇浸泡一段时间，除去未反应的羧甲基纤维素，45℃下烘干，得到产品。

羧甲基纤维素树脂的制备流程图

用红外光谱与扫描电镜对产品进行表征后，进行性能测试。

（1）吸水倍率

准确称取0.10g干燥的树脂，在蒸馏水中浸泡12h，使其吸水达到饱和。筛网滤去多余的水分，用滤纸吸去表面水分，称重。用下式计算树脂的吸水倍率：

（1）

式中：Q——吸水倍率（g/g）；M₀——吸水前树脂的质量（g）；M₁——吸水达到饱和后树脂的质量（g）。

（2）抗菌性能

配制液体培养基，然后将其分装到8个锥形瓶中，每个锥形瓶200mL。称取引发剂用量不同的那一组的5个超吸水树脂产品各0.10g，分别放入5个锥形瓶中，另外3个锥形瓶分别标记为“原菌液1”、“原菌液2”和“样品培养基”。封口，高压灭菌，放置12小时，使其溶胀平衡。紫外光灭菌后，接种细菌（将等量的菌液打入除样品培养基外的其他7个锥形瓶中），培养16-18h。用样品培养基作参比液，通过紫外分光光度仪依次测量2个原菌液和5个样品在定波长600nm处的吸光度，吸光度越高，细菌浓度越高，抗菌性能越差。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；

第3-10周：进实验室完成所需的研究内容；

第11-13周：结果的分析和讨论，撰写毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 高洁，汤烈贵.纤维素科学[m]，科学出版社，北京，1999.

[2] 王新平，张艳红，李伟，等. 废纸制备羧甲基纤维素的研究[j]. 应用化工，2004，2: 52-54.

[3] 孙国庆，徐坚，陈琦，等. 格列吡嗪缓释片的制备及其释药特性的研究[j]. 中国药大学学报，1996, 27(11):661-664.