丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體在聚乙二醇水溶液中雙水相共聚的相分離及成滴機(jī)理.pdf

1、以偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽(VA-044)為引發(fā)劑，在聚乙二醇(PEG)水溶液中進(jìn)行丙烯酰胺(AM)與陽(yáng)離子單體的雙水相共聚，制備了穩(wěn)定的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)水分散液。該分散液不合任何有機(jī)溶劑，且固含量較高、流動(dòng)性好，可廣泛應(yīng)用于污水處理、造紙以及石油開(kāi)采等行業(yè)。首先，本文研究了AM與陽(yáng)離子單體雙水相共聚的臨界相分離，討論了各因素對(duì)臨界轉(zhuǎn)化率和臨界分子量的影響，重點(diǎn)研究了離子單體比例較高時(shí)的二次相分離現(xiàn)象，并提出了其相分離機(jī)理。

2、其次，研究了聚合過(guò)程中共聚物液滴形態(tài)及尺寸的演變，提出了液滴的形成及穩(wěn)定機(jī)理。再次，結(jié)合相分離和成滴機(jī)理，討論了各因素對(duì)雙水相共聚動(dòng)力學(xué)的影響，確定了聚合過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行的較佳條件。最后，研究了無(wú)機(jī)鹽對(duì)雙水相共聚體系的影響，提出了不同價(jià)態(tài)陰離子對(duì)雙水相共聚體系的作用機(jī)理。
　　共聚單體比例是影響雙水相共聚體系臨界相分離的重要因素。陽(yáng)離子單體比例較低時(shí)，共聚體系僅有一次相分離。隨著引發(fā)劑濃度的增大或聚合溫度的升高，臨界轉(zhuǎn)化率基本不變，臨

3、界分子量減小;隨著單體濃度或PEG濃度的增大，臨界轉(zhuǎn)化率減小，臨界分子量先增大后減小;增大PEG分子量，臨界轉(zhuǎn)化率減小，臨界分子量增大;增大陽(yáng)離子單體比例，臨界轉(zhuǎn)化率增大，而臨界分子量降低。
　　陽(yáng)離子單體比例較高時(shí)，共聚體系出現(xiàn)二次相分離現(xiàn)象，兩次相分離之間存在不溶解-溶解的過(guò)渡期。隨著單體濃度或PEG濃度增加，過(guò)渡期先出現(xiàn)后消失;隨著PEG分子量的增大，過(guò)渡期逐漸出現(xiàn)并變得明顯;隨著反應(yīng)溫度的升高，二次相分離完成的速度加快。測(cè)

4、定聚合過(guò)程中共聚物組成的變化，發(fā)現(xiàn)共聚物中陽(yáng)離子單體單元的比例在過(guò)渡區(qū)具有較高值，證明聚電解質(zhì)的增溶作用是過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)的關(guān)鍵原因。進(jìn)一步研究AM與弱陽(yáng)離子單體（甚至是陰離子單體）雙水相共聚的臨界相分離，發(fā)現(xiàn)聚合過(guò)程中離子單體濃度的降低也是促使過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)的原因。最終提出了AM與離子單體雙水相共聚體系的相分離機(jī)理。
　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)跟蹤了AM與陽(yáng)離子單體雙水相共聚過(guò)程中液滴形態(tài)及尺寸的演變，提出了液滴的形成及穩(wěn)定機(jī)理，即

5、形成-生長(zhǎng)-聚并-生長(zhǎng)的四步機(jī)理。在整個(gè)成滴過(guò)程中，陽(yáng)離子共聚物始終起著穩(wěn)定劑的作用，是共聚物分散液具有高穩(wěn)定性的主要原因。成滴初期，共聚物逐漸從連續(xù)相析出形成小液滴，同時(shí)通過(guò)液滴內(nèi)的聚合促使液滴生長(zhǎng);隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，共聚物中陽(yáng)離子單體單元比例的下降，液滴間的靜電排斥作用也隨之減弱，小液滴開(kāi)始聚并，大液滴出現(xiàn)并逐漸增多;而隨著聚并的加劇，液滴的總表面積減小，液滴間的靜電排斥作用重新增強(qiáng)，大液滴間的聚并減少，大液滴通過(guò)液滴內(nèi)的聚合和與

6、小液滴間的聚并而生長(zhǎng)。
　　測(cè)定了不同反應(yīng)條件下AM與陽(yáng)離子單體雙水相共聚的轉(zhuǎn)化率-時(shí)間曲線(xiàn)，確定了較佳的反應(yīng)條件，并討論了各因素對(duì)聚合速率的影響。引發(fā)劑濃度或單體濃度增大，聚合溫度升高，聚合速率加快。PEG濃度較低時(shí)，PEG濃度的增加對(duì)聚合速率影響較小;PEG濃度較高時(shí)，聚合速率隨PEG濃度的增大而降低。引入陽(yáng)離子單體后，聚合速率明顯降低。
　　研究了無(wú)機(jī)鹽對(duì)AM與陽(yáng)離子單體雙水相共聚體系的相分離、聚合動(dòng)力學(xué)以及成滴過(guò)程的