丙烯酰胺與陽離子單體在聚乙二醇水溶液中雙水相共聚的相分離及成滴機(jī)理.pdf

1、以偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽(VA-044)為引發(fā)劑，在聚乙二醇(PEG)水溶液中進(jìn)行丙烯酰胺(AM)與陽離子單體的雙水相共聚，制備了穩(wěn)定的陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)水分散液。該分散液不合任何有機(jī)溶劑，且固含量較高、流動性好，可廣泛應(yīng)用于污水處理、造紙以及石油開采等行業(yè)。首先，本文研究了AM與陽離子單體雙水相共聚的臨界相分離，討論了各因素對臨界轉(zhuǎn)化率和臨界分子量的影響，重點研究了離子單體比例較高時的二次相分離現(xiàn)象，并提出了其相分離機(jī)理。

2、其次，研究了聚合過程中共聚物液滴形態(tài)及尺寸的演變，提出了液滴的形成及穩(wěn)定機(jī)理。再次，結(jié)合相分離和成滴機(jī)理，討論了各因素對雙水相共聚動力學(xué)的影響，確定了聚合過程平穩(wěn)進(jìn)行的較佳條件。最后，研究了無機(jī)鹽對雙水相共聚體系的影響，提出了不同價態(tài)陰離子對雙水相共聚體系的作用機(jī)理。
　　共聚單體比例是影響雙水相共聚體系臨界相分離的重要因素。陽離子單體比例較低時，共聚體系僅有一次相分離。隨著引發(fā)劑濃度的增大或聚合溫度的升高，臨界轉(zhuǎn)化率基本不變，臨

3、界分子量減小;隨著單體濃度或PEG濃度的增大，臨界轉(zhuǎn)化率減小，臨界分子量先增大后減小;增大PEG分子量，臨界轉(zhuǎn)化率減小，臨界分子量增大;增大陽離子單體比例，臨界轉(zhuǎn)化率增大，而臨界分子量降低。
　　陽離子單體比例較高時，共聚體系出現(xiàn)二次相分離現(xiàn)象，兩次相分離之間存在不溶解-溶解的過渡期。隨著單體濃度或PEG濃度增加，過渡期先出現(xiàn)后消失;隨著PEG分子量的增大，過渡期逐漸出現(xiàn)并變得明顯;隨著反應(yīng)溫度的升高，二次相分離完成的速度加快。測

4、定聚合過程中共聚物組成的變化，發(fā)現(xiàn)共聚物中陽離子單體單元的比例在過渡區(qū)具有較高值，證明聚電解質(zhì)的增溶作用是過渡區(qū)出現(xiàn)的關(guān)鍵原因。進(jìn)一步研究AM與弱陽離子單體（甚至是陰離子單體）雙水相共聚的臨界相分離，發(fā)現(xiàn)聚合過程中離子單體濃度的降低也是促使過渡區(qū)出現(xiàn)的原因。最終提出了AM與離子單體雙水相共聚體系的相分離機(jī)理。
　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)跟蹤了AM與陽離子單體雙水相共聚過程中液滴形態(tài)及尺寸的演變，提出了液滴的形成及穩(wěn)定機(jī)理，即

5、形成-生長-聚并-生長的四步機(jī)理。在整個成滴過程中，陽離子共聚物始終起著穩(wěn)定劑的作用，是共聚物分散液具有高穩(wěn)定性的主要原因。成滴初期，共聚物逐漸從連續(xù)相析出形成小液滴，同時通過液滴內(nèi)的聚合促使液滴生長;隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，共聚物中陽離子單體單元比例的下降，液滴間的靜電排斥作用也隨之減弱，小液滴開始聚并，大液滴出現(xiàn)并逐漸增多;而隨著聚并的加劇，液滴的總表面積減小，液滴間的靜電排斥作用重新增強(qiáng)，大液滴間的聚并減少，大液滴通過液滴內(nèi)的聚合和與

6、小液滴間的聚并而生長。
　　測定了不同反應(yīng)條件下AM與陽離子單體雙水相共聚的轉(zhuǎn)化率-時間曲線，確定了較佳的反應(yīng)條件，并討論了各因素對聚合速率的影響。引發(fā)劑濃度或單體濃度增大，聚合溫度升高，聚合速率加快。PEG濃度較低時，PEG濃度的增加對聚合速率影響較小;PEG濃度較高時，聚合速率隨PEG濃度的增大而降低。引入陽離子單體后，聚合速率明顯降低。
　　研究了無機(jī)鹽對AM與陽離子單體雙水相共聚體系的相分離、聚合動力學(xué)以及成滴過程的