两性高相对分子质量聚丙烯酰胺的合成

Posted 2023-01-12 分子

篇首语：当筵意气临九霄，星离雨散不终朝。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了两性高相对分子质量聚丙烯酰胺的合成相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

通过Mannich反应和水解将重均相对分子质量约1.0×10 7的聚丙烯酰胺改性为两性聚丙烯酰胺(AM—PAM)。以二乙胺和甲醛改性为阳离子聚丙烯胺，再以Na2CO3为水解剂，在35-45℃ 水解2 h，得到胺化度42%，水解度15%、重均相对分子质量约1.0×10 7的AMPAM。用1 HNMR、IR对产物进行了结构表征。
两性聚丙烯酰胺(AMPAM)是一类既含有阴离子、又含有阳离子的新型高分子材料，广泛用于水处理、石油钻井、造纸、选矿、流体输送等领域。特别是对废水中由阴离子表面活性剂所稳定的分散液、乳浊液及各类污泥，或由阳离子表面活性剂所稳定的各种胶态分散液，均有较好的絮凝及污泥脱水功效[1-3]。日本于2O世纪9O年代就开始开发并生产用于污水水处理的两性高分子絮凝剂，目前市场的销售量已达1 kt/a，而我国对两性高分子絮凝剂的研究[4-6]起步较晚，所合成的两性高分子絮凝剂相对分子质量低、有效成分低，目前还没有工业品上市。
笔者在前文中曾以重均相对分子质量约为1.0×10 7的聚丙烯酰胺(PAM)为原料，通过Mannich反应将PAM 改性为阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，考察了反应条件对胺化度的影响。本研究通过水解将CPAM 继续改性为高相对分子质量、高阳离子度的AMPAM，并研究了影响产物离子度的因素。
1 实验
1.1 原料及仪器
PAM 。自制，重均相对分子质量约1.0×10 7；其他原料为工业品。Nicolet impact 420傅立叶红外光谱仪；SL一60—15型核磁共振波谱仪，Varian公司。
1.2 实验方法
1.2.1 Mannich反应
将w(PAM)=3%～5%的溶液100 g加入到250 mL三口烧瓶中，升温到50℃，搅拌均匀，以有机胺调节pH 呈偏碱性，加入适量甲醛(FD)和二乙胺(DEA)，使PAM/FD/DEA(摩尔比)一1/0.8/1.6，采取两次加料方式反应2 h，冷却出料，备用。以胶体滴定法测定CPAM 胺化度。
1.2.2 水解反应
在上述装有CPAM 溶液的烧瓶里加入按一定量配制的水解剂溶液，在45℃搅拌反应2 h。
1.2.3 水解度的测定
根据GB 12005.6—89测定：以0.1 mol/L的盐酸溶液为标准溶液，以甲基橙、靛蓝二磺酸钠为指示剂进行酸碱滴定。
2 结果与讨论
2.1 影响水解反应的因素
2.1.1 水解剂
常用的水解剂有NaOH、Na2CO3，对PAM和阳离子度为42%的CPAM 的影响见表1。

由表1可见，CPAM 的水解与PAM 相似，用Na2CO3比用NaOH 时的水解度高。由于CPAM 分子链中的部分酰胺基被胺甲基化，加上空间位阻效应，其水解度低于PAM；CPAM 最高水解度为15.7%，PAM 的最高水解度大于30%。
2.1.2 水解温度
表2为在不同温度下，重均相对分子质量为1.0×10 7、胺化度为42%、质量分数为3% 的CPAM加Na2CO3[Na2CO3/CPAM(摩尔比)=0.3：1]反应2 h时的水解度。由表2可知，水解温度宜控制在35～45℃ 。

2.2 胺化度对水解度的影响
由于起始物为Mannich碱，所以Mannich反应的胺化度对水解度有一定的影响。胺化度越高可供水解反应的官能团越少，并存在胺化基团的物化作用和空间排斥效应，所以胺化度越高水解度越小。表3为CPAM 胺化度与水解度的关系。

由表3可见，根据需要选择不同反应条件而得到的不同胺化度与水解度的产物。
2.3 AMPAM 的结构表征
将AMPAM 提纯干燥后，溶解，再于液槽上制成薄膜，薄膜厚度约lOμm，其IR谱图见图2。

由图3可见，δ=1.79和2.25处出现的两个宽峰为AM结构单元中的亚甲基和次甲基上的H 的化学位移。叔胺上的甲基和亚甲基H 的化学位移分别是3.2和3.8处的两个峰。δ=6.8处的是NH一的化学位移。
3 结论
a.通过Mannich反应和水解反应改性重均相对分子质量约1.0×10 的PAM，通过控制反应条件可以根据需要得到具有不同离子度和重均相对分子质量约1.0×10 的AMPAM。
b.以Na2CO3为水解剂时比用NaOH 的水解度高，且水解反应温和，不易产生副反应。同样条件下CPAM 的水解度低于PAM 的水解度。
C.控制水解剂的用量和CPAM 的阳离子度可得到所需的阴、阳离子比例的AMPAM(实际应用中水解度一般为10 左右)。CPAM 的水解反应在35～45℃反应2 h即可完成。