高且系列化相对分子质量PDAC制备工艺的初步研究

摘要

丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)是一种具有特殊功能的水溶性阳离子单体，其聚合产物可广泛应用于石油开采、造纸、水处理等领域。以DAC为基的聚合物合成工艺研究多集中在共聚领域，而其均聚物相应研究很少。本文研究了水溶液聚合法合成聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDAC)的新工艺。分别以偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)和过硫酸铵(APS)为引发剂对PDAC的聚合工艺进行了系统研究，先后得到了高相对分子质量和高单体转化率且相对分子质量系列化PDAC的制备工艺及产物。该研究结果可为PDAC的制备工艺进一步优化以及工业化应用奠定基础。
　　本研究主要内容包括：⑴对高相对分子质量PDAC的制备工艺进行了研究。采用工业品丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为原料，乙二胺四乙酸四钠(Na4EDTA)为助剂，引发剂一次性加入、两步升温方式为基础，分别研究了偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)和过硫酸铵(APS)为引发剂下的PDAC聚合工艺。对工艺条件中的单体质量分数w(DAC)、引发剂用量m(I)∶m(DAC)、助剂用量m(Na4EDTA)∶m(DAC)、引发温度T1、熟化温度T2、反应时间t等因素进行了探究，通过正交实验对工艺条件进行了系统优化，得到了各自引发体系下的PDAC最佳制备工艺条件，进一步研究得到了各因素对产物PDAC特征黏度和单体转化率的影响规律。结果表明，以偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)为引发剂，所得PDAC最佳制备工艺条件w(DAC)为53％，m(V50)∶m(DAC)和m(Na4EDTA)∶m(DAC)分别为0.225％和0.02％，在聚合反应过程的引发温度T1为43℃下反应3h，再在熟化温度T2为60℃下反应3h，在此工艺条件下，所得胶体产物PDAC特征黏度值为14.16dL/g，单体转化率为98.56％。以过硫酸铵(APS)为引发剂，所得PDAC最佳制备工艺条件w(DAC)为53％，m(APS)∶m(DAC)和m(Na4EDTA)∶m(DAC)分别为0.5％和0.01％，在聚合反应过程的引发温度T1为46℃下反应3h，再在熟化温度T2为60℃下反应3h，在此工艺条件下，所得胶体产物PDAC特征黏度值为12.49dL/g，单体转化率为98.66％。上述两种引发剂体系下所得产物PDAC最佳特征黏度值均超过了目前文献报道的最高值。用FTIR和1HNMR对产物的结构进行了表征。⑵对高单体转化率且相对分子质量系列化PDAC的控制聚合工艺方法进行了研究。在上述得到的APS引发制备高相对分子质量PDAC制备工艺的基础上，依据文献阳离子均聚物控制聚合方法，未使用链转移剂和链终止剂，仅通过控制单体质量分数(w(DAC)=25.0％～53.0％)和引发剂用量(m(APS)∶m(DAC)=0.5％～15.0％)，得到了单体转化率大于98％，系列化特征黏度分别为2.28、4.38、5.98、8.17、10.05、12.49dL/g的PDAC产物，同时得到了制备相对分子质量可控的PDAC聚合工艺，该研究结果未见文献报道。用FTIR和1HNMR对系列化特征黏度PDAC产物进行了结构表征，用凝胶渗透色谱对其进行了相对分子质量测定。该工艺方法简洁、稳定且重复性好，所得结果为系列化相对分子质量PDAC的制备及其应用奠定基础。