高分子量聚丙烯酰胺的聚合

Posted 2023-01-13 分子量

篇首语：一个人使劲踮起脚尖靠近太阳的时候，全世界都挡不住她的阳光。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了高分子量聚丙烯酰胺的聚合相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

黄利铭伍钦
(华南理工大学化工学院，广州510640)
1.前言
聚丙烯酰胺(PAM)是一种线型水溶性高分子。它是由丙烯酰胺(AM)的自由基聚合而成，具有絮凝性、增粘性、纸张增强性以及液体减阻性等优良的性能，广泛应用于钻井、采油、堵水、调剖、酸化、压裂、水处理、造纸等领域。
目前，国内生产聚丙烯酰胺的生产工艺不完善，分子量不高。分子量大小是影响聚合物性能的一个很重要的因素。双官能?a href='http://www.baiven.com/baike/224/276460.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>仁亲杂苫酆系囊桓龊芑钤镜难芯苛煊颍苯佑跋炀酆纤俾屎途酆衔锏男阅埽ǘ嘶阅堋⒎肿恿看笮　⒔峁沟取和Smet首次提出自由基“逐步聚合"(StepwisePolymerization)
的概念，指出双官能度引发剂能够用于自由基均聚制备超高分子量聚合物l_2。日本江畸厚等使用双官能度过氧化物Luperox一2，5—2，5与NaHSO。及Fe组成的氧化还原引发体系引发丙烯酰胺溶液聚合，制备了高分子量的聚丙烯酰胺。本文以双官能度氧化还原引发体系为主，配合其它引发剂组成新型复合引发体系，引发丙烯酰胺进行均聚，以制备高分子量的聚丙烯酰胺。
1实验部分
药品丙烯酰胺(质量含量50%)、氢氧化钠(质量含量3O0A)、引发剂、Span一20、甲酸钠、EDTA、尿素、氯化钠、乙醇
(95%)。
仪器电子天平、乌氏粘度计、恒控磁力搅拌器、电动拌搅机、控温仪低温浴槽、数显电热鼓风干燥箱、氮气瓶、真空干燥箱。
实验步骤①丙烯酰胺聚合过程：称取一定量的丙烯酰胺于容器中，用移液管移取适量的甲酸钠、尿素、EDTA、偶氮和表面活性剂到容器中，加蒸馏水至定容。进行恒温水浴。通人氮气排完氧气，加入引发剂，至出现胶状粘稠物时停止操作。
②聚合物分子量测定：聚合物分子量测定根据国标GB12005.1-89和GB/T12005.10—92，通过测定聚丙烯酰胺在
1.0mol/INaCI溶液中的特性粘数计算得出。
2试验结果与分析
2.1条件实验
(1)偶氮含量对聚合反应的影响
在丙烯酰胺聚合反应其它条件相同的情况下，改变偶氮用量，实验结果如图1所示。随着偶氮量的增大，分子量整体呈现先上升后下降的趋势。少量的偶氮引发能促进反应的进程，但当偶氮量过大时，反应温度上升过快，会导致自由基生成过多，分子量降低。偶氮量占单体质量的0.34时反应能得到较高的分子量。

(2)引发剂浓度与分子量的关系
引发剂是用于产生自由基聚合反应的活性中心。用量越多，活性中心越多，相应聚合物分子量越低。适当的引发剂有利于聚合反应进行完全，分子量增大；但用量过多，自由基生成过多，不
利于超高分子量聚合物的制备。通过实验(如图2)得出，当引发剂用量在10mg/L时，能取得较高的分子量。
(3)引发温度变化对分子量的影响
对放热反应的自由基聚合来说，反应的温度极大地影响了聚合物分子量的大小。温度较低时，聚合反应不完全，根据自由基聚合规律，温度升高有助于分子量的增大。当温度升高到一定程度后，若继续升温，会使链终止速率比链增长反应速率增长更快，聚合产物分子量降低。由图3可以看到，温度在3℃附近，聚合产物分子量最大，证实了低温聚合的可行性。
(4)单体浓度对分子量的影响
随着单体浓度的增大，聚合物聚合程度增大.产物粘度变大，分子量增大，符合自由基聚合反应规律；但对于高浓度单体聚合，反应放热量增大，不易散热而导致链转移反应速度增加.聚合物分子链发生断裂，分子量有所下降。由图4可见，单体浓度为0.O042mol/g左右能得到较高分子量。

2.2正交实验
聚丙烯酰胺分子量的大小与引发剂浓度、单体的浓度和引发的温度等诸多因素有着密切的关系且有相互影响的趋势。因此。在前面实验的基础上，为了找出最优工艺条件，对其中的尿素、EDTA、甲酸钠、引发温度、引发剂5项影响因素进行正交实验，得到分子量大于2000万的PAM。实验优化条件见表1。

3结论
对高分子量PAM的聚合反应的研究发现：
(1)采用新型的双官能度氧化一还原复合引发体系能有效地控制自由基数量，逐步进行聚合。通过控制聚合反应的速度和温度，引发丙烯酰胺均聚，得到2000万以上的高分子量的聚丙烯酰胺，满足工业生产需要。
(2)以双官能度氧化还原体系为主，配合其他引发剂组成复合引发体系的PAM最佳聚合条件为：偶氮量约为0.34%。单体
浓度0.O042mol/g左右，温度在3。C附近，引发剂用量10mg/L，c
甲酸钠用量10mg/L，尿素用量400mg/L，Span一20用量20mg/
L，EDTA用量60mg/L。