北京快3低分子量聚丙烯酰胺的水溶液聚合

 2021-01-01 08:21

  聚丙烯酰胺(PAM)是一种线性水溶性高分子,是应用最广泛的水溶性高分子化学品之一,主要应用于 石油开采、造纸、水处理、采矿、纺织、医药等行业。目前国内外的研究主要集中在高分子和超高分子量聚丙 烯酰胺的制备和改性上[1在一些应用中,如高分子乳化剂、黏合剂、纸张增强与施胶、分散稳定剂等则需 要低分子量聚丙烯酰胺;此外低分子量聚丙烯酰胺具有浓度高、分子质量低和在水中容易分散等特点,是目 前国内众多聚丙烯酰胺系列又一新品种以异丙醇、乙醇为移热剂,在单体质量分数为30%和40%条件 下,分别聚丙烯酰胺生产厂家合成了分子质量为(1.8?12)xlO4和(2.6?10.0)xl04范围内的聚丙烯酰胺1实验部分i.i原料与试剂丙烯酰胺(AM)为工业级,新乡新华化工有限公司生产,使用前用活性炭精制处理。过硫酸铵为AR,洛 阳化学试剂厂生产。EDTA二钠盐为AR,洛阳化学试剂厂生产。丙酮为AR,洛阳化学试剂厂生产。

  1.2聚合反应将装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和冷凝器的0.5 L四口瓶置于恒温水浴中,EDTA二钠盐预先与单体溶液混合,加入溶剂、总质量10%的丙烯酰胺单体溶液和过硫酸铵引发剂溶液,升温至聚合温度,反应 30 min;将剩下的AM及引发剂混合溶液在1.5 h内滴加完毕。保持回流,恒温反应1.5 h,降温,出料,得到 低分子量聚丙烯酰胺黏稠液体。

  1.3分子质的量测定按国标GB7514-1998在25 T下,北京快3于lmol/L NaN03-H20体系中,用一点法测定聚丙烯酰胺特性黏数,按 [T?]= 3.73xl04Mv—计算其黏均分子质量。

  2结果与讨论2.1引发剂用量的影响本实验采用工业常用的过硫酸铵为引发剂。表1为加入不同量的过硫酸铵测定产物相对分子质量及 黏度。反应条件:AM质量分数15%,[EDTA二钠盐]=6xl04 mol/L,[丙酮]=3.98 mol/L,温度:回流温度?

  表1引发剂用量变化对结果影响Tab. 1 The effects of amount of initiator 编号1-1 1-2 1-3 1-4 1-5引发剂量/g 0.254 7 0.310 0 0.352 8 0.449 7 0.514 9相对分子质量 414 000 355 000 300 000 222 000 210000图3温度对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响Fig.3 The effects of temperature on molecular of PAM500 000 450 000 400 000 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000由表l可以看出,随着引发剂用量的逐渐增加,黏 度及分子质量逐渐变小。由图1可以看出,分子质量随 引发剂浓度的增加而急剧下降,但下降到一定程度后下 降趋势变缓。相对分子质量与黏度成正比,分子质量 大,黏度大,分子质量小,黏度小。随着过硫酸铵用量 的增加,引发范围变大,活性自由基数目增多,有更多 的自由基碰撞,使反应速度加快,链终止反应也加快,聚 丙烯酰铵分子质量因此随着引发剂用量增加变小。

  2.2溶剂用量的变化对产物相对分子质量的影响 用异丙醇、乙醇为移热溶剂合成了低分子量聚丙 烯酰胺(分子质量范围分别(2.5?5)xl04, (5~10)xl04). 经过试验研究发现合成低分子质量的聚丙烯酰胺的 关键是将反应热及时移出。本实验用丙酮为移热剂, 合成分子的质量范围在(20~45)xl04的低分子质量聚 丙烯酰胺。本实验采用丙酮为溶剂,实验体系中起链 转移和转热移作用。固定其他反应物料量不变,改变 丙酮加入量,所测得的产物黏度变化如表1.

  由图2可以看出,随着丙酮量的增加分子量及黏 度逐渐下降。出现这种现象的原因可能是:丙酮作为 链转移剂和热转移剂,在丙酮用量较少的时候链转移 剂的浓度相对较低,丙酮在体系中主要起热转移剂的 作用;随着丙酮用量的增加,在反应体系中浓度得到 提升,丙酮主要起链转移剂的作用。另外,丙烯酰胺 的聚合反应是放热反应,在丙酮用量较少时,反应热 不易及时移去,会引起局部过热,从而引起部分交联, 使得聚合物的分子质量升高。

  2.3反应温度对聚丙烯酰胺分子质量的影响由图3可见,反应温度对丙烯酰胺的聚合有着较黏度(CPS) 7200 6000 3400 1450 1100大的影响:当反应温度低于84 t时,由于自由基活性较低,链转移反应较之链增长反应不易进行,因此聚合 物分子质量较大(4.87x10=);而当反应温度升高时,由于链转移反应的速率增加,丙烯酸胺不易长成长链的 大分子,分子质量降低。因此,控制反应温度在86~92 ^范围内,得到分子质量为的低分子 量聚丙烯酰胺。

  2.4反应时间对聚丙烯酷胺分子量的影响1 100000 1000000 IH 900000 Hg 800000rf 700000农 600000 食 500000 毋 400000 300 000在自由基聚合反应中,对于单个聚合物分子而言,图4反应时间对聚丙烯酰胺相对分子质置的影响Fig.4 The effects of reaction time on molecular of PAM-1606-河南科学第31卷第10期聚合物分子形成速度很快,在很短时间内就能完成链 增长,但是对整个体系而言,较短的时间内不可能所 有的单体均转化为高聚物。单体的转化率随着反应 时间的延长而增大,达到一定值后基本不再增加。从 图4看出,单体滴加完毕后,体系黏度随时间延长而 增加,90 min后相对分子质量达到最大值,表明90 min 此反应基本完成,在100 min后相对分子量基本不变,所以为了保证加入的单体充分完全反应,将反应时间 应适当延长。但工业生产中,60?100 min之间相对 分子质量基本不变,综合考虑生产成本、生产时间因素,在物料加完90 min后基本可以视为反应完毕。

  3结论采用含有少量机溶剂的水溶液聚合法,在单体质量分数为15%情况下,合成了分子量GO-At^xlO4低分 子质量聚丙烯丑胺。引发剂浓度、链转移剂浓度、反应温度、反应时间等都对聚合反应产物有着不同的影响。

  本合成工艺的优点:聚合过程始终存在一定量的能与单体和聚合物互溶的有机溶剂,反应处在均相 介质中进行;有机溶剂的存在有利于反应热的及时消除,避免了局部过热而造成的交联,且产品水溶性较 好;所选用的溶剂丙酮具有链转移作用,易于获得低分子质量的聚丙烯酰胺;在生产过程中不产生废水 废气,属环保工艺。

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