阴离子聚丙烯酰胺的制备与表征

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析PEG和聚丙二醇(PPG)均可考虑，但是由于聚丙二醇的分子量较低，在聚合过程中体系难以稳定，聚合最终产物类似于水溶性聚合产物呈果冻状。PEG与HPAM之间存在着一定的疏水性差异，具有形成双水相体系的潜力，其水溶液粘度较低，经关琦等研究，不同分子量PEG对最终合成双水相乳液体系的乳液状态和稳定性的影响，分散介质分子量的不同对最终合成双水相乳液体系的乳液状态和稳定性有着较大的影响，当分散介质的分子量为600，4000，10000时，随着反应的进行，将发生凝胶化现象，反应产物破乳，上层为分散介质PEG溶液，下层为HPAM的凝胶[31]。当分散介质的分子量为1000，1500，2000，6000，20000时，反应最终形成乳液，但是稳定性随着分子量的增大而提高，合成的HPAM分子量也逐渐增大，由此在后续研究中采用分子量为20000的PEG作为AM-NaAA双水相共聚合反应的分散介质。

1.4.2.3 分散剂

分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂[32]。分散聚合体系中，分散剂的加入可以防止聚合物粒子形成阶段发生絮凝和聚结，并保证最终得到的聚合物粒子可以稳定地分散在介质中，因此分散聚合体系分散剂是至关重要的。

(1) 分散剂的种类

根据分散剂分子的结构可以将其分为均聚型、共聚型、大单体型(可反应型)三类：均聚型分散剂只含有单一组分，常用的均聚型分散剂包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、羟丙基纤维素(HPC)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)和糊精等。共聚型分散剂是由两种或多种单体共聚而成，又可分为接枝共聚型分散剂、嵌段共聚型分散剂和混合型。大单体型分散剂结构中含有可反应的双键，在聚合过程中不仅作为分散剂稳定反应体系，而且可以作为单体直接参与聚合反应。分散聚合采用的大单体型分散剂通常是双键的活性端基封端的PEO、PEG、聚酯等。

(2) 分散剂稳定机理

分散剂与乳液聚合中的乳化剂不同，它并不是靠降低界面张力来稳定颗粒。分散剂的稳定机理主要有以下几种：a) 空间位阻效应；b) 锚结作用；c) 静电排斥作用。

1.5 聚丙烯酰胺的应用 1.5.1 在油田生产中的应用

高分子量HPAM因其有较好的增稠、絮凝和对流变性的调节作用，在石油开采中可做多种用途的添加荆[33]，如用作聚合物驱油剂、钻井泥浆调节剂和堵水剂等。丙烯酰胺

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共聚物作为一种多功能的添加剂己广泛用于油田生产，HPAM用作钻井液添加剂的作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，有利钻进，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌，使井径规则：HPAM可以改进悬浮颗粒的大小，以加速原油的过滤、分离；HPAM作为土壤结构成型剂，可使井壁表面抗冲强度提高；HPAM用作堵水剂，可以减少油田产水，保持地层能量，提高最终采收率；亚甲基聚丙烯酰胺交联而成的压裂液，由于具有高黏度、低磨阻、良好的悬砂能力以及配制方便和成本低廉而被广泛应用。

1.5.2 在造纸工业中的应用

添加共聚物可以提高纸张的表面质量从而改善印刷效果。在纸浆中加人HPAM,在pH 6-9范围内可使高岑土在纸浆中保持率达30%-35％[34]。在纸浆中添加HPAM，AA/乙烯、AA/氯乙烯、AA/乙烯吡咯烷酮共聚物时，由于带有胺基基团，可以提高纸张的湿强度10倍以上。AA共聚物与纸浆中三价铬离子，二价铜离子形成配合物也可提高纸张的抗拉强度。AA及其均聚物作为造纸厂污水处理剂，处理后废水可循环使用，并可严格控制排人污水中金属离子的含量。

1.5.3 在纺织工业中的应用

共聚物代替淀粉和明胶用作纤维的浆料，可使纤维有极好的梳棉性。并显地降低浆料的消耗量。共聚物含一定量醋酸乙烯基团，可作纤维精整剂，允许用低质量AA及低分子量均聚物作纤维精整剂，使纤维表面很快形成吸水薄层。共聚物所含的羟甲基基团可与纤维素中羧基基团形成交换的高分子网络结构，从而提高纤维的弹性应抗断裂性

[35]

。乙烯磺酸化的均聚物和AA/乙烯磺酸、AA／苯乙烯磺酸共聚物已经成功地用作添加

剂，制造抗静电纤维和阻燃纤维，同时也是耐尘埃污染的纤维。

1.5.4 土壤结构成型剂

早在20年前，共聚物在美国已成功地用作土壤结构成型剂。使用分子量>5x105的少量共聚物，可明显提高土壤抗风蚀和水蚀的能力。作为土壤结构成型剂，共聚物的功能取决于共聚单体的理化性质、分子量、pH值及其它参数，也与土壤结构有关。提高土壤的结构强度，比用传统增强剂，如木质素、沥青、泥煤等更加有效。根据上述特性，共聚物用于石膏制品可增加石膏制品的机械强度，并控制其固化过程，添加在石棉水泥制品中可加速其脱水过程，同时提高防水性能[36]。

1.5.5 作为高分子絮凝剂的应用

共聚物的另一重要用途是作为高效、多功能的高分子絮凝剂。其研究和开发备受工业发达国家的青睐，已广泛用于采矿、冶金、轻工、食品、造纸、纺织和油田生产。高

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分子水溶性絮凝剂的作用机理有两个方面：(1)大分子间的吸引，使悬浮颗粒结合成较大的颗粒；(2)带电荷的高分子微粒与带相反电荷的悬浮颗粒互相吸引，形成成中性凝絮。高分子凝聚特性与分散相(悬浮颗粒)的浓度、絮凝帮的浓度、分子量大小有关。在共聚物中改变共聚单体的成分和聚合度，可以改变絮凝剂的热力学和水力学特性[37]。增强其絮凝和吸附性能，这一点是均聚物用为絮凝剂所不能达到的，在矿物颗粒的悬浮液中加人HPAM作絮凝剂，再用超声波诱导絮凝，会产生高效絮凝效果。

1.5.6 在水处理上的应用

聚丙烯酰胺的酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键,高分子量的HPAM在被吸附的粒子间形成“桥联”，使数个甚至数十个粒子连在一起，生成絮团，加速粒子下沉，这使它成为最理想的絮凝剂。聚丙烯酰胺是目前世界上应用最广、效能最高的高分子有机合成絮凝剂，它的絮凝效果远远优于无机絮凝剂。HPAM在水处理中用作絮凝剂，主要有以下几种情况：(1)在原水处理中与活性炭等配合使用，用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清；(2)在污水处理中用作污泥脱水；(3)在工业水处理中用作一种重要的配方药剂。在原水处理中，用HPAM代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高20％以上，所以目前大中城市在供水紧张或水质较差对，都采用PAM絮凝剂作为补充。HPAM作为絮凝剂、沉降剂及助滤剂，其符合环保用途的特性正得到我国水处理界的广泛认同[38]。

1.5.7 其他方面的应用

用高压水柱切割全属或大理石时，在水中添加极少量的共聚物便可极大地提高切割效率。在游泳池水里添加极少量共聚物(浓度约lppm)，可抑制游泳池表面水份蒸发。利用这种特性可以改进游泳池的微气候，建造低湿度人工灌溉区域。共聚物可作为胶体的表面增厚剂，在乳液聚合中特别有利于橡胶的合成，保护某些机械强度差的颗粒(如染料)使其有效地分散。

1.6 研究思路

双水相聚合是一种全新的聚合理念，国内外学者对其研究不广泛，因此其聚合反应机理、体系稳定性和分散相机理及体系中聚合物的相互作用等基础问题还有待提高，需要进一步进行研究。双水相聚合刚开始是在均相中进行，单体不断形成聚合物，当体系中聚合物达到相分离浓度后出现双水相，即形成了聚合物分散液。基于这些思想，我们提出采用双水相聚合的方法研究丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚通过改变工艺反应参数对该双水相体系进行了表征，综合文献综述本论文将从以下几个方面对丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚合成实验经行研究。

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(1)研究聚合物反应工艺参数的改变对合成聚丙烯酰胺分子量的影响，最终得到最佳合成工艺条件。

(2)研究聚合反应工艺参数的改变对主要对分子量、残留单体量、分散液稳定性的影响。

(3)通过红外光谱表征产物。

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