反相微乳液聚合法合成聚丙烯酰胺的研究

中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）

溶剂中，形成油相（O）；按一定浓度将AM（丙烯酰胺）溶解在蒸馏水中，形成水相（W）。

在100mL的烧杯中加入50mL的环己烷，置于机械搅拌器中，50℃下恒温，搅拌。用微量进样器加入水相，形成反相（W/O）微乳液。观察体系的电导率变化情况，体系的电导率稳定后，记录电导率[2,11,31,32]。

在上述试验的基础上，选取能增溶最大水相的Span80~Tween60/有机溶剂体系，在此最佳体系配比下，将水相分别配成含有不同浓度NaAc的溶液，研究不同添加剂对体系稳定性的影响[13]。

整个试验过程是在配有恒温水浴加热、机械搅拌、电导仪测量等装置中进行的。 反相微乳液体系基本配方：由于反相微乳液体的影响因素比较多，故根据参考文献及前期的预备实验做出了一个基本配方，以供实验时作为参考。

环己烷：5g；乳化剂（Span80和Tween60）：lg；AM:水（质量比）：１:１；正丁醇：0.1g；

2.2.1 实验步骤

（1）按一定浓度将AM溶解在蒸馏水中，形成水相。

（2）将一定质量比（HLB值）的Span80和Tween60分别溶解在不同的有机溶剂中，配成油相。

（3）在100mL的三口烧瓶中加入50mL的环己烷，安装机械搅拌器，置于50℃下恒温，搅拌。用微量进样器加入水相，形成反相（W/O）微乳液。

2.2.2 乳化剂配比的确定

根据前人经验，反相微乳液聚合所采用的乳化剂主要有阴离子型和非离子型两类，本研究主要以非离子乳化剂Span80、聚氧乙烯失水山梨醇类乳化剂Tween60复配构成乳化体系，选用的乳化剂品种和性质如表2.3所示。

表2.3 乳化剂的品种及其性质

乳化剂 HLB 状态（25℃）

Span80 4.3 黄色液体 Tween60 14.6 黄色粘稠液体

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表2.4 稳定的反相微乳体系

油相 乳化配比 电导率/μS?cm-1 乳液形态 环己烷 5:5 0.11 黄色均匀透明乳液 环己烷 6:4 0.05 黄色均匀透明乳液 环己烷 7:3 0.16 黄色均匀透明乳液 煤油 5:5 0.18 黄色均匀透明乳液 煤油 6:4 0.12 黄色均匀透明乳液 煤油 7:3 0.09 黄色均匀透明乳液

由表2.4可知，根据其他参考文献，在Span80-Tween60乳化体系的作用下，乳化剂配比为6:4时，反相微乳液体系在聚合反应前后均能保持透明稳定的状态。因此，实验中将Span80-Tween60乳化剂配比为6:4。

2.2.3 最佳油相的选择

反相微乳液聚合中常用的油相可分为极性和非极性两类，油相的粘度、结构组成及油水比等对微乳液的稳定性有着重要的影响。其一是对微乳胶来说，尽管粒子直径远小于乳液发生宏观沉降现象的临界颗粒尺寸，但体系的稳定性取决于乳化体系、油相和单体水溶液三者能否达到较好的化学匹配状态；其二是在微乳胶中，仍不能完全避免发生粒子间的粘并相连，油的粘度稍大，有利于胶乳的稳定；其三是从聚合过程的角度出发，油的粘度和结构直接关系到聚合热逸散的难易，从而影响到产物的分子量和反应的控制等。本文选择煤油、环己烷为油相，以丙烯酰胺、水为乳化单体；探讨不同油相在不同乳化体系中形成反相微乳液体系范围，如表2.5所示。

表2.5 不同油相的乳化性能

乳化 不同油相形成稳定乳液时乳化剂的配比 体系 煤油 环己烷 Span80-Tween60 2:8 ~ 6:4 1:9~9:l

由表2.5可以看出，煤油和环己烷在不同乳化体系的作用下，环己烷反相微乳液聚合体系的制备及其稳定性最易于被乳化，形成的稳定反相微乳液范围最大，从乳化难易程度的角度来说，环己烷具有优势，选择环己烷为最佳油相。

2.2.4 水相浓度的选择

根据试验需求，即使在最佳乳化剂配比下，30%AM浓度的增溶水量也比较小；通

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过对比试验又发现，采用50%AM溶液对水相的增溶量可以有一定的改善。因此水相AM浓度采用50%。

2.2.5 引发剂的确定

选用油溶性的偶氮二异丁腈（AIBN）作引发剂。

稳定反相微乳液的制备是反相微乳液聚合的前提，通过反相微乳液的制备，寻找到最佳的有机连续相，最佳乳化剂配比，最大增溶水量。

2.3 反相微乳液体系影响因素研究

微乳液体系的稳定性是进行微乳液聚合的关键因素，因此本实验重点考察了体系构成对微乳液形成的影响，从而确定最佳的反相微乳液配方。本试验通过往不同配比

的油相中滴入水相，观察体系由透明变得不透明时的体积就是增溶水量的最大体积。

2.3.1 不同HLB值的影响

在50mL带磨口的锥形瓶，加入环己烷5g，乳化剂Span80，Tween60总质量为1g，正丁醇0.1g。用机械搅拌器搅拌，温度为50℃的水浴环境下改变Span80与Tween60质量比，从而改变HLB值。间隔10分钟滴加水相每次滴入0.l mL，水相由丙烯酰胺（AM）、水构成，其质量比为: AM：水（质量比）：１:１。

2.3.2 乳化剂含量的影响

在50mL带磨口的锥形瓶，加入环己烷5g，，正丁醇0.1g。用机械搅拌器搅拌，温度为50℃的水浴环境下，固定HLB值，改变乳化剂总质量，间隔10分钟滴加水相，考察了不同乳化剂含量对水相溶液增溶的影响。

2.3.3 温度的影响

在50mL带磨口的锥形瓶，加入环己烷5g，乳化剂Span80，Tween60总质量为1g，正丁醇0.1g。用机械搅拌器搅拌，固定HLB值，改变水浴温度，间隔10分钟滴加水相，考察了温度对水相溶液增溶的影响。

2.3.4 醇的含量的影响

在50mL带磨口的锥形瓶，加入环己烷5g，乳化剂Span80，Tween60总质量为1g，用机械搅拌器搅拌，温度为50℃的水浴环境下，固定HLB值，改变醇的加入量，间隔10分钟滴加水相，考察了助乳化剂为用量对水相溶液增溶的影响。

2.3.5 加入NaAc的影响

在50mL带磨口的锥形瓶，加入环己烷5g，乳化剂Span80，Tween60总质量为1g，

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正丁醇0.1g。用机械搅拌器搅拌，固定HLB值，温度为50℃的水浴环境下，间隔10分钟滴加水相，考察了加入NaAc对水相溶液增溶的影响。

2.4 丙烯酰胺反相微乳液聚合[11,13,19,25,33-35]

2.4.1 丙烯酰胺反相微乳液聚合试验 合成装置图如图2-1：

图2-1 聚丙烯酰胺的合成装置图

2.4.2 实验步骤

（1）在四口瓶上安装搅拌器、温度计等装置。

（2）取30mL Span80-Tween60/环己烷（油相），置于反应器四口烧瓶内。 （3）加入50%AM溶液，加入引发剂AIBN，置恒温水浴中进行反应，观察反应器内的现象。

2.4.3 正交试验设计[36]

改变反应温度、反应时间、引发剂用量，进行正交试验，具体见表2.6，表2.7。表2.6为正交试验的水平和因素：

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