兩性聚丙烯酰胺的制備及其性能研究摘要：首先應(yīng)用共聚反應(yīng)和Mannich改性法合成了兩性聚丙烯酰胺，然后測定各因素對實驗產(chǎn)物性能的影響，從中優(yōu)選出最佳的反應(yīng)條件,最后進(jìn)行產(chǎn)品絮凝性能研究。實驗結(jié)果表明，共聚反應(yīng)中，當(dāng)引發(fā)劑濃度為0.6%，單體濃度為30%，pH值為6.5時，分子量可高達(dá)四百萬以上；Mannich反應(yīng)中，當(dāng)單體濃度為30%,PAM:HCHO:(CH3)2NH（摩爾比）為1:1:1.2，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間3小時，胺化度可達(dá)25.8%，且產(chǎn)品絮凝性能最佳。關(guān)鍵字：兩性聚丙烯酰胺Mannich性能研究兩性聚丙烯烯酰胺（AmPAMM)的分子結(jié)構(gòu)構(gòu)較為獨特，因因而具有特殊殊的性質(zhì)[11]。它是一一種人工合成成的多功能高高分子聚電解解質(zhì)，分子鏈鏈上同時含有有陰、陽離子子基團(tuán)，具有有很好的水溶溶性、很高的的分子量和良良好的粘性容容量。其陰離離子基團(tuán)通常常有羧基、硫硫酸基或磷酸酸基,陽離子基團(tuán)團(tuán)通常有季銨銨鹽基、吡啶啶嗡離子基或或喹啉嗡離子子基。陰離子子基團(tuán)可以通通過酰胺基水水解制得,也可以通過過酰胺基的反反應(yīng)接枝聚合合,陽離子基團(tuán)團(tuán)一般是通過過接枝獲得，也也可以通過酸酸胺基團(tuán)的反反應(yīng)活性接枝枝聚合上去。從20世紀(jì)紀(jì)90年代起，國國外(如日本、美美國和法國)對AmPAM的研究已趨趨于活躍，中中國對APAM的研究起步步較晚。APAM獨特的化學(xué)學(xué)結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致致的獨特性質(zhì)質(zhì)使其在石油油開采、污水水處理、造紙紙助劑等方面面具有廣泛應(yīng)應(yīng)用前景，因因此研究和開發(fā)發(fā)AmPAM對國民經(jīng)濟(jì)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境境保護(hù)有著極極其重要的意意義。1實驗部分1.1儀器器三口燒瓶，水水浴鍋，721型分光光度度計，烏氏粘粘度計，量筒筒，磁力攪拌拌器，真空烘烘箱。1.2試劑劑丙烯酰胺（AM），分析純純，天津福晨晨化學(xué)試劑廠廠；二甲胺（(CH3)2NH），化學(xué)純純，上海凌峰峰化學(xué)試劑公公司；甲醛（HCHO），分析純純，廣東汕頭頭西隴化工廠廠；過硫酸胺胺（（NH4）2S2O8），分析純純，上海試劑劑一廠；亞硫硫酸氫鈉(NaHSOO3)，化學(xué)純，上上海試劑總廠廠；丙烯酸(AA),化學(xué)純，國國藥集團(tuán)化學(xué)學(xué)試劑有限公公司。1.3實驗方法1.3..1丙烯酰胺和和丙烯酸的共共聚反應(yīng)將丙烯酸和和丙烯酰胺單單體配成一定定濃度水溶液液，用10%的氫氧化鈉鈉溶液調(diào)節(jié)pH值，在氮氣氣保護(hù)下，于于60℃以適量過硫硫酸鉀－脲作作氧化還原型型引發(fā)劑，引引發(fā)共聚3h，得丙烯酸酸－丙烯酰胺胺共聚物。該該共聚物為陰陰離子型聚丙丙烯酸類水溶溶性高分子[[2]。1.3..2Maannichh改性將一定濃度度的聚丙烯酰酰胺溶液加入入到恒溫水浴浴中的四口燒燒瓶中,加溫到一定定溫度后,加入甲醛和和二甲胺(摩爾比為1∶1.2)的預(yù)混液,反應(yīng)一定時時間后取出備備用。將共聚物在在pH＝10和50℃下進(jìn)行Manniich反應(yīng)，即用用共聚物中丙丙烯酸摩爾數(shù)數(shù)1.1倍的甲醛和和二甲胺改性性，得叔胺型型兩性聚丙烯烯酸類水溶性性高分子[33-5]。1.4性能能測試與結(jié)果果表征1.4.11分子量的測測定按GB122005.11-89和G/T122005.110-92用烏氏粘度度計測定。再再按下式計算算平均相對分分子量MV。1.4.22胺化度測定定[6]準(zhǔn)確稱取干干燥的APAM0.1g（正確至0.0011g），用蒸餾餾水溶解后，加加嗅甲酚綠一一甲基紅指示示劑6－7滴，然后用0.05mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸酸溶液滴定溶溶液至橙色。式中：C－標(biāo)準(zhǔn)鹽鹽酸的摩爾濃濃度；V－樣品消消耗鹽酸的體體積，mL；V0－空白白試驗消耗鹽鹽酸的體積，mL；W－樣品質(zhì)質(zhì)量，g；128－NN-二甲胺基甲甲基丙烯酰胺胺的分子量。注：計算中中假定只有丙丙烯酰胺和N-二甲胺基甲甲基丙烯酰胺胺兩種鏈節(jié)。1.4.33絮凝性能測測定將2％高嶺嶺土懸濁液充充分振蕩均勻勻后，量取100mL置于具塞量量筒中，加入入一定量的絮絮凝劑后，翻翻轉(zhuǎn)量筒數(shù)次次，直到藥劑劑混合均勻為為止。將量筒筒豎放，靜置置一段時間后后用721分光光度計計在640nm下測定上清清液吸光率值值[7]，然然后用下式計計算沉降率。式中，A00為空白溶液液的吸光率值值。1.4.44兩性型PAM的紅外光譜譜表征用傅立葉紅紅外光譜儀測測定兩性型聚聚丙烯酰胺的的結(jié)構(gòu)。2結(jié)果與討論論2.1丙烯烯酰胺－丙烯烯酸共聚物合合成2.1.11引發(fā)劑濃度度的影響圖1引發(fā)劑濃濃度對分子量量的影響按自由基聚聚合規(guī)律，引引發(fā)劑濃度增增加，在同樣樣溫度下，體體系中的自由由基濃度增加加，引發(fā)速率率加快，提高高引發(fā)劑用量量有利于提高高聚合物的粘粘度，即提高高分子量[88]，但是引引發(fā)劑用量增增加到一定用用量時，繼續(xù)續(xù)增大引發(fā)劑劑用量，會發(fā)發(fā)生交聯(lián)，聚聚合物的分子子量反而下降降。由圖1可知，將引引發(fā)劑的濃度度應(yīng)以0.6%為宜。2.1.22單體濃度的的影響圖3單體濃度度對分子量的的影響從圖2可以以看出，隨著著單體濃度的的增加，分子子量不斷增加加，但當(dāng)單體體濃度達(dá)到30%后，分子量量增加趨勢減減緩，因此控控制單體濃度度在30%。2.1.33pH值的影響圖4

pH值值對分子量的的影響在聚合中，介介質(zhì)的pH值影響反應(yīng)應(yīng)和聚合物的的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，較較低pH值下（<7）聚合易伴伴生分子內(nèi)和和分子間的酰酰亞胺化反應(yīng)應(yīng)，形成支鏈鏈或交聯(lián)型產(chǎn)產(chǎn)物；在較高高pH值下（>7），單體分分子或聚合物物變成含有羧羧基的共聚物物。因為本實實驗采用共聚聚法要制得一一定水解度的的產(chǎn)品，因而而我們在酸性性條件下聚合合。從圖4可以以看出，pH值從4到6.5范圍內(nèi)，隨pH值升高，分分子量增加較較快；pH值在3時，分子量量也較大。但但由于pH值過低，對對反應(yīng)設(shè)備和和貯存設(shè)備要要求較高，而而且交聯(lián)嚴(yán)重重，因而我們們選用pH值在6.5左右。2.2曼尼尼奇反應(yīng)2.2.11物料配比的的影響表1物料配比比對丙烯酰胺胺和丙烯酸共共聚物胺化度度的影響AM:HHCHO:((CH3)2NH（mol比）胺化度((%)AMHCHOO(CH33)2NH10.5114.6610.81.117.5510.81.222.44111.119.88111.225.55使用甲醛和和二甲胺改性性時，常采用用胺/醛（摩爾比比）大于1，即胺相對對于醛過量。因因為此反應(yīng)在在堿性條件下下才能進(jìn)行，這這樣可保證體體系的pH>7。隨著二甲甲胺用量的增增加堿性增加加,反應(yīng)產(chǎn)物的的胺化度增加加，而且可以以減少游離醛醛和羥甲基丙丙烯酰胺的含含量，有利于于產(chǎn)物的穩(wěn)定定，但二甲胺胺用量過多，不不僅生產(chǎn)成本本增加,還會影響產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，因因此本實驗選選定甲醛和二二甲胺摩爾比比為1:1..2。2.2.22反應(yīng)溫度的的影響圖5反應(yīng)溫度度對胺化度的的影響從圖5可以以看出，聚丙丙烯酰胺胺化化度隨反應(yīng)溫溫度的升高而而增加，但溫溫度達(dá)到50℃后，胺化度度提高不明顯顯，并且在高高溫條件下,加快了交聯(lián)聯(lián)反應(yīng)速度,導(dǎo)致交聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)物增加,因而一般控控制溫度在50℃。2.2.33反應(yīng)時間的的影響圖6反應(yīng)時間對對胺化度的影影響從圖6中可可以看出，隨隨著反應(yīng)時間間的延長，產(chǎn)產(chǎn)物的胺化度度提高，當(dāng)反反應(yīng)至3h，胺化度已已達(dá)22.5％，繼續(xù)反反應(yīng)胺化度增增加不明顯，有有時甚至下降降，這是因為為長時間在較較高溫度下反反應(yīng),加速了羥甲甲基團(tuán)間交聯(lián)聯(lián)反應(yīng)和產(chǎn)品品水解所致。從從經(jīng)濟(jì)的角度度考慮，將反反應(yīng)時間定為為3h。2.3對高高嶺土懸濁液液的絮凝性能能2.3.11絮凝劑用量量的影響圖7絮凝劑用用量對懸濁液液去除率的影影響從圖7可以以看出，沉降降率隨著絮凝凝劑濃度的增增加先增后減減，當(dāng)絮凝劑劑濃度為10mg//L時，沉降率率達(dá)到最大值值92.6％。2.3.22pH值的影響圖8

pH值對對懸濁液去除除率的影響高嶺土懸濁濁液pH值的變化對對懸濁液絮凝凝性能的影響響如圖8所示。從圖8可以看出，與與陽離子聚丙丙烯酰胺和陰陰離子聚丙烯烯酰胺相比，兩兩性型聚丙烯烯酰胺在pH=2－10范圍內(nèi)絮凝凝效果都很好好，即pH適用范圍較較寬，而且兩兩性型聚丙烯烯酰胺的絮凝凝效果受pH值變化的影影響較小，因因而在實際應(yīng)應(yīng)用中適應(yīng)性性也較強。2.5兩性性聚丙烯酰胺胺的紅外光譜譜分析[9,,10]圖9AmPAAM紅外譜圖表2

AmPPAM乳液的紅外外譜圖分析結(jié)結(jié)果官能團(tuán)振動形式式吸收峰位位置（cm-1）強度-CONNH2γC=OO16544.48s-CH22-γCHH29499.83m-CH33δCHH14500.17s-COOOHγC－－OδOH12000.911405..22sss-COOO-γC－OO14055.22sAmPAMM的紅外線光光譜分析如圖圖9，譜圖分析析結(jié)果如表2所示。從紅紅外譜圖及分分析結(jié)果可知知陽離子聚丙丙烯酰胺乳液液含有酰胺基基團(tuán)、亞甲基基基團(tuán)和羧基基二聚體，這這些基團(tuán)為兩兩性聚丙烯酰酰胺的特征基基團(tuán)。3結(jié)論1.丙烯酰酰胺單體和丙丙烯酸單體共共聚反應(yīng)，單單體濃度30％，采用氧氧化還原引發(fā)發(fā)體系，pH值6.5左右，制得得陰離子丙烯烯酰胺共聚體體。2.丙烯酸酸－丙烯酰胺胺共聚反應(yīng)中中，當(dāng)引發(fā)劑劑濃度為0.6%，單體濃度度為30%，pH值為6.5，分子量可可達(dá)到400萬以上。3.Mannich反應(yīng)中，當(dāng)當(dāng)原料配比（mol比）PAM:HHCHO:((CH3)2NH為1:1:11.2，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間3小時，胺化化度可達(dá)25.8％。4.傅立葉葉紅外表征結(jié)結(jié)果表明：兩兩性型PAM具有羧基、羥羥基、酰亞胺胺和酰胺基團(tuán)團(tuán)，紅外表征征結(jié)果完全符符合PAM乳液的基團(tuán)團(tuán)征。參考文獻(xiàn)[1]藏慶慶達(dá),李卓美,兩性高分子子的溶液性質(zhì)質(zhì),功能高分子子學(xué)報,19944,17(1):90-922[2]CCorparrtJM..CharaacteriizatioonofHighCharggeDennsityAmphoolyticcCopoolymerrsPrepparedbyMiicroemmulsioonPollymeraation[[J].Poolymerr.19993,34((18)::3873-38886[3]MccDonalldCJJ,BeaaverRRH.ThheMannnichReacttionoofPollyacryylamidde[J]..Macroomoleccules,,1979,,12(2)):203-2088[4]李李萬捷,趙彥生,溫亞龍.兩性有機高高分子絮凝劑劑的合成[J].水處理技術(shù),19944,20((1):344-38[5]席雁雁生,張志俊,李鍵.聚丙烯酰胺Manniich反應(yīng)歷程的的研究[J].青島化工學(xué)學(xué)院學(xué)報,19944,15(33):2322-237[6]盧紹紹杰,劉瑞賢,孫希明,衛(wèi)乃勤,楊光中.淀粉接枝聚聚丙烯酰胺反反相膠乳的胺胺甲基化反應(yīng)應(yīng)[J].化學(xué)通