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浅谈影响高分子阳离子聚丙烯酰胺聚合反应的因素

  • 时间:2021-08-03 15:07:08
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聚丙烯酰胺有“百业助剂”之称,是一种线型水溶性高分子,被广泛应用于化工、冶金、石油、造纸、水处理等工业部门。与国外聚丙烯酰胺研究和应用开发相比,我国则由于在此方面的研究起步较晚而出现一定的滞后现象。虽然在近年来也取得了一定的进展,但仍然存在着诸如:产品品种单一、阳离子度取代度低、相对分子量低、水溶性差等缺点和不足,而目前较成熟的曼尼希反应所制得的产品也由于单体毒性的问题,不能用于水处理。因此开发高分子量、高取代度、良好水溶性和低成本的阳离子聚丙烯酰胺系列产品,是当前我国聚丙烯酰胺研究人员与生产产业的关键任务与挑战。今天厂家简单谈谈影响高分子阳离子聚丙烯酰胺聚合反应的因素。来看看吧。
一、阳离子单体的选择
在AM与阳离子单体的共聚合中,由于阳离子单体的种类不同,产品的相对分子质量和性能有很大差别。在固定AM 与阳离子单体的质量比为1∶1,混合单体质量分数为35%,引发温度为20℃,聚合时间为5h的条件下,将DMDAAC、DMC、DAC与AM分别共聚,所得聚合物的特性黏数分别为5.32、8.02、10.57dL/g。3种单体中,DAC具有诱导期短、聚合快、共聚物相对分子质量高等特点,故选择DAC作为共聚物的阳离子单体。
二、单体浓度的影响
固定引发剂量和pH,混合单体的浓度对聚合物特性黏数的影响。
实验表明,当单体质量分数超过25%时,反应迅速,聚合物的特性黏数逐渐增大,当单体质量分数达到35%时,聚合物的特性黏数达到最大;当单体质量分数超过40%时,聚合物特性黏数开始迅速下降,这是因为单体浓度过高,增加了单体与自由基反应的几率,加快了引发速度,使得聚合反应放出的热来不及散发,进一步促进了反应速度的加快,发生类似暴聚的反应并形成凝胶,产物溶解性下降,特性黏数也下降。因而合适的单体质量分数约为35%。
三、氧化还原引发剂的影响
固定其他条件,改变氧化还原引发剂量,阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)特性黏数的影响。
实验表明,引发剂用量对特性黏数的影响很大,引发剂用量少,聚合物的特性黏数大,但引发剂的用量也不能太少。当引发剂用量太少时,反应体系中的引发剂浓度很低,链引发反应很难进行,甚至会发生笼蔽效应。引发剂用量太多时,产物的特性黏数又逐渐下降。这是由于引发剂浓度过高时,生成的自由基较多,因而反应速度过快,反应温度太高,聚合物无法生成大分子链。同时由于反应活性中心的增加,也加快了副反应的速度。因此,通过合理地控制引发剂量,可以获得不同分子质量的聚合物。实验最佳引发剂用量为整个体系质量分数的0.02%左右。
四、V-50的影响
固定单体浓度和氧化还原引发剂量,仅改变V-50投加量,对聚合物特性黏数的影响。
实验表明,CPAM 特性黏数随着V-50量的增加先增后减。这是因为随着丙烯酰胺聚合反应的进行,自由基不断减少,反应体系的温度不断升高,氧化还原引发体系将难于继续引发残余丙烯酰胺单体与阳离子单体的聚合,造成产物中残余单体量过高,而偶氮类引发剂V-50却可以在高温下继续引发,来弥补后期自由基数量的减少,从而提高聚合物分子质量。但当V-50引发剂量过大时,反应后期自由基生成得太多,造成了后期反应自加速太快,温度上升过高,增大了链终止反应速度,从而导致聚合物特性黏数的下降。V-50最佳加入质量分数为混合单体的0.005%。
五、pH的影响
在聚合反应过程中,体系的pH 不仅影响反应的动力学,还影响高分子的结构,其对特性黏数的影响。
实验表明,pH对聚合物特性黏数的影响很大。随着pH的增加,聚合物的特性黏数逐渐增加,当pH达到5.5~6.5时,聚合物的特性黏数达到最大。随着pH的继续增加,聚合物的特性黏数逐渐下降。