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两性聚丙烯酰胺的合成工艺研究

【文章来源】:澳门新葡萄京所有网站

【发布日期】:2018-5-2 14:39:12

文章内容

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    两性聚丙烯酰胺(AmPAM)的分子结构较为独特,因而具有特殊的性质。它是一种人工合成的多功能高分子聚电解质,分子链上同时含有阴、阳离子基团,具有很好的水溶性、很高的分子量和良好的粘性容量。其阴离子基团通常有羧基、硫酸基或磷酸基,阳离子基团通常有季铵盐基、吡啶嗡离子基或喹啉嗡离子基。阴离子基团可以通过酰胺基水解制得,也可以通过酰胺基的反应接枝聚合,阳离子基团一般是通过接枝获得,也可以通过酸胺基团的反应活性接枝聚合上去。

    聚丙烯酰胺的合成:

    丙烯酰胺和丙烯酸的共聚反应

    将丙烯酸和丙烯酰胺单体配成一定浓度水溶液,用10%的氢氧化钠溶液调节pH值,在氮气保护下,于60℃以适量过硫酸钾-脲作氧化还原型引发剂,引发共聚3h,得丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。该共聚物为阴离子型聚丙烯酸类水溶性高分子。

    Mannich改性:

    将一定浓度的聚丙烯酰胺溶液加入到恒温水浴中的四口烧瓶中,加温到一定温度后,加入甲醛和二甲胺(摩尔比为1∶1.2)的预混液,反应一定时间后取出备用。将共聚物在pH=10和50℃下进行Mannich反应,即用共聚物中丙烯酸摩尔数1.1倍的甲醛和二甲胺改性,得叔胺型两性聚丙烯酸类水溶性高分子。

    引发剂浓度的影响:

    按自由基聚合规律,引发剂浓度增加,在同样温度下,体系中的自由基浓度增加,引发速率加快,提高引发剂用量有利于提高聚合物的粘度,即提高分子量,但是引发剂用量增加到一定用量时,继续增大引发剂用量,会发生交联,聚合物的分子量反而下降。由图1可知,将引发剂的浓度应以0.6%为宜。

图1 引发剂浓度对分子量的影响.jpg

    单体浓度的影响:

    从图2可以看出,随着单体浓度的增加,分子量不断增加,但当单体浓度达到30%后,分子量增加趋势减缓,因此控制单体浓度在30%。

图2?单体浓度对分子量的影响.jpg

    pH值的影响

    在聚合中,介质的pH值影响反应和聚合物的结构性质,较低pH值下(<7)聚合易伴生分子内和分子间的酰亚胺化反应,形成支链或交联型产物;在较高pH值下(>7),单体分子或聚合物变成含有羧基的共聚物。因为本实验采用共聚法要制得一定水解度的产品,因而我们在酸性条件下聚合。

    从图4可以看出,pH值从4到6.5范围内,随pH值升高,分子量增加较快;pH值在3时,分子量也较大。但由于pH值过低,对反应设备和贮存设备要求较高,而且交联严重,因而我们选用pH值在6.5左右。

图4 PH值对分子量的影响.jpg

    反应温度的影响

    从图5可以看出,聚丙烯酰胺胺化度随反应温度的升高而增加,但温度达到50℃后,胺化度提高不明显,并且在高温条件下,加快了交联反应速度,导致交联产物增加,因而一般控制温度在50℃。

反应温度对胺化度的影响.jpg

    反应时间对胺化度的影响

    从图6中可以看出,随着反应时间的延长,产物的胺化度提高,当反应至3h,胺化度已达22.5%,继续反应胺化度增加不明显,有时甚至下降,这是因为长时间在较高温度下反应,加速了羟甲基团间交联反应和产品水解所致。从经济的角度考虑,将反应时间定为3h。

图6 反应时间对胺化度的影响.jpg

    絮凝剂用量的影响:

    从图7可以看出,沉降率随着絮凝剂浓度的增加先增后减,当絮凝剂浓度为10mg/L时,沉降率达到最大值92.6%。

图7?絮凝剂用量对悬浊液去除率的影响.jpg

    pH值的影响:

    高岭土悬浊液pH值的变化对悬浊液絮凝性能的影响如图8所示。从图8可以看出,与阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺相比,两性型聚丙烯酰胺在pH=2-10范围内絮凝效果都很好,即pH适用范围较宽,而且两性型聚丙烯酰胺的絮凝效果受pH值变化的影响较小,因而在实际应用中适应性也较强。

图8??pH值对悬浊液去除率的影响.jpg

    结论:

    1.丙烯酰胺单体和丙烯酸单体共聚反应,单体浓度30%,采用氧化还原引发体系,pH值6.5左右,制得阴离子丙烯酰胺共聚体。

    2.丙烯酸-丙烯酰胺共聚反应中,当引发剂浓度为0.6%,单体浓度为30%,pH值为6.5,分子量可达到400万以上。

    3.Manich反应中,当原料配比(mol比)PAM:HCHO:(CH3)2NH为1:1:1.2,反应温度50℃,反应时间3小时,胺化度可达25.8%。

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