超高分子量聚丙烯酰胺的合成

刁香

【摘要】采用適宜的引發(fā)體系合成了超高分子量聚丙烯酰胺，考察了聚合溫度、引發(fā)劑濃度、單體濃度等聚合因素對聚丙烯酰胺分子量的影響，通過條件實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)配方，得出了最佳聚合條件，合成了分子量大于8×106以上的超高分子量聚丙烯酰胺。

【關(guān)鍵詞】聚丙烯酰胺 超高分子量 聚合

1前言

聚丙烯酰胺有“百業(yè)助劑”、“萬能產(chǎn)品”之稱，是一種線型水溶性高分子，被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、石油、造紙、水處理等工業(yè)部門。根據(jù)聚丙烯酰胺所含功能基不同，可將其分為陰離子、陽離子、非離子及兩性聚丙烯酰胺四種類型。對于聚丙烯酰胺類化合物，平均分子量大小、分子量分布寬度等是其最主要的性能指標(biāo)。如高分子量的聚丙烯酰胺可以作為絮凝劑用于水處理領(lǐng)域中，聚丙烯酰胺作為絮凝劑占絮凝劑總用量的1/2，而其中陽離子聚丙烯酰胺具有分子量高、用量少、受pH影響小、產(chǎn)生的污泥含量小、高效低毒等特點(diǎn)，符合絮凝劑發(fā)展趨勢，因此研究和工業(yè)應(yīng)用發(fā)展得相當(dāng)迅速，具有廣泛的前景。與國外聚丙烯酰胺研究和應(yīng)用開發(fā)相比，我國則由于在此方面的研究起步較晚而出現(xiàn)一定的滯后現(xiàn)象。雖然在近年來也取得了一定的進(jìn)展，但仍然存在著諸如：產(chǎn)品品種單一、陽離子度取代度低、相對分子量低、水溶性差等缺點(diǎn)和不足，而目前較成熟的曼尼希反應(yīng)所制得的產(chǎn)品也由于單體毒性的問題，不能用于水處理。因此開發(fā)高分子量、高取代度、良好水溶性和低成本的陽離子聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品，是當(dāng)前我國聚丙烯酰胺研究人員與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)與挑戰(zhàn)。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要原料

丙烯酰胺，過硫酸鉀，亞硫酸氫鈉，甲酸鈉，無離子水

2.2實(shí)驗(yàn)儀器

四口燒瓶，膠塞，攪拌裝置，粘度計，溫度計，恒溫水槽，移液管，分析天平，玻璃棒，氮?dú)?，通氮裝置，電動攪拌機(jī)。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

在反應(yīng)器內(nèi)加入一定量的丙烯酰胺單體，加入適量的無離子水，保持一定的單體濃度，取適量的甲酸鈉加入反應(yīng)器，放入恒溫水浴中，通氮?dú)?.5h后加入適量的引發(fā)劑，繼續(xù)通氮?dú)?分鐘，密閉反應(yīng)。觀察并記錄溫度的變化。聚合3小時，取出膠塊，水浴溫度控制85℃，水解4小時取出膠塊，造粒，烘干，粉碎過篩，得到聚丙烯酰胺樣品。

3結(jié)果與討論

3.1丙烯酰胺單體濃度對聚合物分子量的影響

通過改變丙烯酰胺單體的含量，考察了其對聚合物分子量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1可以看出，丙烯酰胺單體濃度對聚合物分子量影響顯著。丙烯酰胺單體濃度在2.0-3.0mol/L的濃度范圍內(nèi)時聚合物分子量較高，丙烯酰胺單體濃度超過3.0mol/L后，隨著丙烯酰胺單體濃度的過度升高，聚合物分子量開始下降。這是由于反應(yīng)過程中放出的聚合熱使體系溫度升高過快，降低了聚合物的分子量。

3.2溫度聚合反應(yīng)的影響

通過改變初始溫度考察了溫度對聚合反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表2可以看出，初始溫度過低時，所使用的引發(fā)劑不能正常引發(fā)聚合。

3.3甲酸鈉濃度對聚合物分子量的影響

通過改變甲酸鈉的含量，考察了其對聚合物分子量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，甲酸鈉濃度對聚合物分子量影響顯著。甲酸鈉濃度在20-30ppm的濃度范圍內(nèi)時聚合物分子量較高，丙烯酰胺單體濃度超過40ppm后，隨著甲酸鈉濃度的過度升高，聚合物分子量開始下降。

3.4介質(zhì)PH值對分子量的影響

通過改變介質(zhì)的PH值，考察了其對聚合物分子量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4可以看出，介質(zhì)的PH值對聚合物分子量影響顯著。pH值較低時，聚合物的分子量很低，聚合速度很慢，介質(zhì)的PH值在8.0-9.0范圍內(nèi)時聚合物分子量較高，介質(zhì)的PH值超過9.0后，隨著介質(zhì)的PH值升高，聚合物分子量開始下降。因此，在聚合時應(yīng)使聚合反應(yīng)介質(zhì)的pH值控制在8.5左右，以保證能獲得較高分子量的聚合物。

4結(jié)論

（1）通過對聚丙烯酰胺聚合條件的考察，確定了最佳聚合條件：丙烯酰胺單體濃度2.5mol/L，初始溫度為17℃，甲酸鈉濃度為20.0ppm，反應(yīng)介質(zhì)的pH值控制在8.5左右。

（2）在較佳工藝條件下，合成了分子量大于8x106以上的超高分子量聚丙烯酰胺。endprint