丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物的制备研究

化学推进剂:与高分子材料Chemical Propellants & Polymeric Materials2009年第7卷第1期丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物的制备研究昝丽娜'，聂丽华'，杨鹏',袁强'(1.西安科技大学材料科学与工程学院，陕西西安710054; 2.陕西省地矿局第二综合物探大队，陕西西安710016)摘要:以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和丙烯酰胺(AM)为单体，过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂，采用水溶液聚合合成阳离子高分子聚合物P(DAC-AM)。讨论了单体质最比、引发剂用量、温度等因索对聚合反应的影响，得到了合适的制备参数:反应温度55C，引发剂0.035g,单体质最比m(AM):m(DAC)=3:14;并对产物进行了红外光谱和热失重分析，确定了聚合物为P(DAC-AM),热分解温度为230C。关键词:丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵;丙烯酰胺;阳离子聚合物中图分类号: TQ323.6文献标识码: A文章编号: 1672-2191(2009)01-0034-02阳离子高分子絮凝剂P(DAC- AM)是阳离子单DAC,加入30mL去离子水至完全溶解后倒入四口体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和内烯酰胺烧瓶中恒温水浴(30C),随后通氬气进行驱氧保护(AM)的共聚物。它是-种带有阳离子电荷的线性聚15min,之后分别加入过硫酸铵与亚硫酸氢钠，继合物，具有电荷密度高、水溶性好的特点，被广续通氮保护15min后，升温至一定的温度进行反应泛应用于水处理、造纸、石油、煤炭、地质等行7h,得到胶状共聚物",内酮洗涤数次后烘干即得业。文中讨论了以AM与DAC为单体,过硫酸铵白色固体产品。与亚硫酸氢钠为引发剂，通过水溶液聚合制备2结果与讨论P(DAC-AM)，并利用正交实验法对其合成工艺条2.1正交实验表设计件进行了研究。采用了三因素五水平的正交实验表(表1)2,所1实验部分得正交实验结果如表2所示。OR表示最大差异值，1.1主要试剂及仪器其计算公式是: OR=MAX[k(l,j)+k(2,j)+k(3,j)+丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵:工业品;丙烯k(,)+k(5,j)]-MIN[k(1,Jj)+k(2,. )+k(,j)+k(4,j)+酰胺，过硫酸铵，亚硫酸氢钠，丙酮:均为分析k(5,j)]。OR表征每个因素的影响的主次”。由表纯; N,N-亚甲基双丙烯酰胺:化学纯。2结果可知，各因素的影响顺序为:引发剂用量恒温水浴锅;电子天平;定时电动搅拌器;(B)>温度(A)>单体质量比(C)。根据正交实验结果电热恒温鼓风干燥箱;傅里叶变换红外光谱仪;高列出的最佳实验方案为:反应温度55C,引发剂温综合热分析仪。用量0.035g时，单体质量比m(AM);m(DAC)=3:14。1.2实验方法为了验证正交实验结果的准确性，在最佳条件下进以AM与DAC为单体合成P(DAC-AM)聚合物，行3次重复实验，结果稳定，所得P(DAC- AM)聚合物的质量分别为86.82, 87.34, 88.02g, 平均其化学反应方程式如式(1)所示:值为87.39g。表1正交实验设计表mCHz=CH-C-0-CH2- CH-N-CH]CI +mCH2=CH-C-NH2LCH,」Tab.I Orthogonal experiment design tableDACAM(1因素名称温度/Cm(引发剂)/g_ m(AM):m(DAC)_水平10.0203:14+CH-CHx(CH-CH大Hs水平2450.0253:15→C-NH2C-0-CH2-CH:-N'-CH;CT水平30.0303:16CH,水平40.0353:17P(DAC-AM)3:18按照正交实验表中所设计的质量比称取AM、中国煤化工二者质量比为1:1)。MHCNMHG收稿8期: 2008-10-20作者简介:昝丽蠣(1980-),女.山东临色人。助理I程师,硕士.从事高分子材料方面的研究。电子信箱: awbar@l63.com昝丽娜等.内烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物的制备研究35 .表2共聚反应正交实验结果Tab.2 Orthogonal experimental results of copolymerization组效ABC共聚物名组数ABC共聚物名.01212225.0061.9063.1688.2367.50277.78W ~ wwmhM52.3844.4468.421500 50070.182:70.0066.6772.30圈1 P(DAC-AM)的红外谱图65.2676.47Fig.1 Infrared spectrum of P(DAC-AM)63.50 |k(1,J)41.61 11.11 62.27的酯基特征吸收峰，AM在1677cm-1处的酰胺基特k(2,J) 53.12 57.61 57.89最佳方案征吸收峰----对应，表明聚合物含有酯基与酰胺1232560.48k(3,j) 58.15 67.64 54.95 AsBLCr基。由于聚合物中的酰胺基与双键特征吸收峰靠的76.47 k(4,J) 58.38 73.77 53.0075.56 k(.,J) 66.33 69.60 49.41 .较近，在1640~1 680 cm-1双键吸收峰消失，表明77.89OR 24.72 62.66 12.86 B>s>C双键发生断裂进行了聚合;而聚合物在2924cm^1和164130注: A为温度，心: B为m(引发剂)，g; C为m(AM):m .1464 cm~'处有强C-H的吸收峰，表明存在较长的(DAC); k(iJ)表示第j列中凡是对应于i的实验数据的平均值。碳链。以上结果表明:聚合物长碳链上有AM/DAC如k(2,3)为表中第3列(单体质量比)水平为2时的实验数据平均的特征官能团。在1290cm-1处的聚合物和DAC图值，依此类操可计算出k(1,J), k(2,j), k(3,j), k(4,j), k谱中有2个峰基本重合,为DAC中酯基上C-0单(5.J )以后的务行数值。键的特征吸收峰，进- -步表明聚合物确为AM与2.2 引发剂用量对产率的影响引发剂用量过少，由引发剂反应速率与分解速DAC的二元共聚物。率的关系可知，引发剂分解速率较小，形成的初级2.6聚合 物的热重-差热分析(TG _DTA)(图2)自由基的数量过少，从而导致生成的单体自由基的2]F1010]数量过少，单体自由基和单体的继续反应不能持续E80冕进行下去，因此，只有在较高温度下才能够生成链上60段较短的低聚物，导致聚合反应不够充分，反应转化率低4。F42.3温度对产率的影响- +20 100 200 300 400 500对于含有烯内基的阳离子单体而言，由于烯丙图2 P(DAC-AM)的 TG-DTA曲线基a位上的碳氢键比较活泼，氢原子易被自由基获Fig.2 TG-DTA curves of P(DAC-AM)取而发生链转移反应。自由基向单体的链转移和链由图2可知，聚合物的第一次失重是物理的失增长是一对竞争反应，虽然链转移速率常数和链增水过程，温度升高到230C开始有化学分解反应发长速率常数均随着温度的升高而增加，但另一方生，主要是酰胺基的亚胺反应及季胺基上的甲基脱面，温度升高，随着链终止，链转移等副反应加离，同时脱去氯化氢')。在230-290心区间失重最剧，对合成高相对分子质最P(DAC-AM)不利;温为明显。温度升至290C以后，发生第二次失重，度过低时引发剂半衰期长，分解速率太慢，体系内聚合物的主链开始发生热降解，失重温区较宽。同自由基浓度太低，反应速度较慢。时，由TG-DTA曲线可知实验所得聚合物在常温下2.4单体质量 比对产率的影响随着阳离子单体DAC含量的增加,聚合物黏度是稳定可靠的。增加，同时阳离子度也在增加，但是DAC含量过3结论大，容易发生交联现象,不利于反应的操作控制。中质量比对反应的2.5红外光谱分析 (图1)影响中国煤化工温度>单体质量由图1可知，聚合物在3180cm-I处N-H的FYH. CNMH G温度sSq,引发峰与AM在3180cm-处的峰重合;在1735cm~1与剂用量0.035g,单体质量比m(AM):m(DAC)=3:14。1670cm-1处2个强吸收峰，与DAC在1735cm-1处(下转至第39页)曾德芳等.环保型絮凝剂处理自来水的实验研究and of contaminated tap water[J]. Separation Science and环境与健康杂志200,0 2(11); 381-383.Technology, 2007, 42(4): 803 -817.[6] 毛艳丽, 张延风，罗世出,等.水处理用絮凝剂絮凝机理[3] 出文辉. 饮用水安合保障技术原理[M]北京:科学出版及研究进展[1].华中科技大学学报, 2008, 25(2): 78-81.社, 2007.[7] 曾德芳, 李娟.裳继祖.改性累托石在石化废水处理中的[4] 杨文友, 张玉萍,王汝毅.等.铝害与动植物性食品安全应用研究[I]中国矿业大学学报, 2005, 34(3): 374- 377.[I]. 中国环境卫生检疫杂志，2007(5): 15-22.[8] 曾德片, 李娟.袁继祖.天然高分子絮凝剂在工业污水处I5] 高秀清.水中残所铝对水质的影响及其监测的必要性[几理中的应用[].工业水处理, 2004, 24(2) 20- 22.Experimental Study on Treating Tap Water Using the Environment-Friendly FlocculantZENG De-fang, XIAO Jian-guo, LEI PeiAbstract: A kind of environmenf-fiendly composite foculant for treating tap water was prepared by using natural polysaccharide(CTS), polyaluminum choride(PAC) and coagulant aid(modified material P). Compared with traditional flocculant PAC, the turbiditydegree of treated tap water, AI* mass concentration and cost of flocculant reduced by 4.1 4%, 40.3% and 6.4% respectively. So theflocculant possesses obvious economic and environmental benefits.Key words: tap water; composite flocculant: polysaccharide; polyaluminum chloride******************************************************************************(上接第35页)[2] 胡忠前， 马喜平,王宁升,等.甲基丙烯酰氡乙基二甲基②实验所合成的共聚物烘干后，为白色固体。氯化铵丙烯酰胺共聚物溶液性质研究[].长江大学学报(自科版)理工卷, 2007, 4():S1-54.③通过对合成的聚合物进行红外光谱测试，确[3] 许鑫华, 叶1平.计算机在材料科学中的应用(M]北京:定聚合物为P(DAC-AM);对其进行热失重分析,机械工业出社, 2006.34-60.热分解温度为230心。[4] 赵德仁, 张慰盛.高聚物合成工艺学[M]北京:化学工业参考文献出版社, 2006. 33-56.[1] 卢红霞,刘福胜,于世涛,等阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂 [5] 汪昆华,罗传秋,周啸.聚合物近代仪器分析[M].北京:清的制备及其絮凝性能[]化工环保，2007 27(4): 374-378.华大学出版社, 2000 24-54.The Synthesis of Poly(DAC-AM)ZAN Li-na', NIE Li-hua' ,YANG Peng' ,YUAN Qiang2(1. College of Material Science and Engeering, Xi an University of Science and Technology, Xi an 710054, China; 2. TheSecond Integrated Geophysical Team of Shanxi Provincial Bureau ofGeology and Mineral Resources, Xi an 710016, China)Abstract: A cationic polymer P(DAC-AM) was synthesized by aqueous solution polymerization using acyrloxyethyltrimethylammonium chloride(DAC) and acrylamide(AM) as the monomers and (NH)2SzOx-NaHSO3 as the initiator. The effects of themass ratio of the monomers, the dosage of initiator and reaction temperature, etc. on the polymerization are discussed. The suitablereaction parameters for the copolymerization was obtained in which the reaction temperature is 55C, the dosage of the initiator is0.035g, the mass ratio of monomers is 3:14. The structure of P(DAC-AM) is analysed by IR. It is confirmed that the thermaldecomposition temperature of P(DAC-AM) is 230C by TG-DTA.Key words: acyrloxyethyl trimehylammonium chloride; acrylamide; cationic polymer********************************迈图推出高性能聚氨酯软泡用有机硅稳定剂提高泡沫生产商的产品质毋的同时减轻阻燃剂含量。”全球领先的聚氨酯助剂供应商，迈图高性能材料公司巴斯夫推出聚氨酯概念鞋PUREI.0(Momentive Performance Materials)于2008年12月4日宣布推巴斯夫子公可Elastogran最近在某国际鞋展上展示- -款概出新型有机硅稳定剂NiaxsiliconcL -6,这种稳定剂主要用念鞋 PURE1.0,吸引了众多专家的眼球。此款鞋材完全采于制造聚氨酯软泡。用聚氨酯，无论从功能.上 还是设计.上:都极具木来感但又不失迈图公司表示，与传统的稳定剂相比，这种新型的稳功能性，而此创新设计极有可能引领未来鞋业时尚。定剂可以减轻块状泡沫塑料中10%~30%阻燃剂重毋。新型PURE1.0概念鞋从构思到诞生不足1年，但却集聚了有机硅稳定剂NixilicneL-665所具有的优异特性，有助于Elasog中国煤化工二:多年来的研究成果泡沫成型、稳定，从而制造出超软低密度泡沫。这种稳定和经验和强烈的末来感是剂还可在减少重量的情况下提高聚氨酯软泡的阻燃性能。PUREIYHC N M H G概念鞋的发展充满“这种新型稳定剂无疑是块状泡沫生产的最好选择”，信心， 这都归功于聚氨酯材料优异的性能带来的巨大潜力。迈图全球市场总监AlbertoMelle补充道，“新型稳定剂将在(以上2条信息由郛行臣提供)