低电荷密度聚丙烯酰胺水分散体的研制

摘要

近年来，水溶性聚合物水分散体系被广泛应用于污水处理、强化采油、制浆造纸等工业领域。本文结合国内外水溶性聚合物发展状况，开发出低电荷密度两性三元丙烯酰胺共聚物，并对分散体系的溶液性质、触变性以及絮凝性能进行了研究。
　　 以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）以及丙烯酸（AA）或其钠盐（AANa）为单体，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为分散稳定剂，2，2'-偶氮（2-脒基丙烷）二盐酸盐（V-50）为引发剂，利用水分散聚合技术，在硫酸铵水溶液中合成了低电荷密度两性聚内烯酰胺（D-amPAM）。考察了分散稳定剂浓度及其黏均分子量、相分离剂硫酸铵浓度、单体浓度及其配比、引发剂浓度、pH值、聚合温度、搅拌速度、反应时间、螫合剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA·2Na）浓度以及链转移剂异丙醇（IPA）浓度等因素对分散聚合工艺的影响。利用乌氏黏度计、旋转黏度计、激光粒度分布仪、透射电镜以及冷场扫描电镜等仪器对聚合物产品的特性黏数、单体转化率、表观黏度、胶体颗粒尺寸及其分布和表观形貌进行了测定，并利用红外拉曼光谱、13C核磁共振谱图对所制备的amPAM结构进行解析。借助于透射电镜、冷场扫描电镜测试结果及体系稳定性状况，提出了较为合理的预测、评价体系稳定性的“离子云”层模型，并从定量角度得到了进一步验证。
　　 利用乌氏黏度计、旋转黏度计和Zetasizer Nano ZS90等仪器，考察了D-amPAM浓度、无机盐浓度及其种类、温度对D-amPAM溶液性质的影响，初步探讨了无机盐浓度对体系溶解或溶胀规律的影响。研究发现：D-amPAM溶液体系内存在一种由PDMC、amPAM形成的空间网络结构；聚合物分子链上的氢键、PDMC与amPAM分子链间的相互关系、聚合物周围微环境无机盐的浓度，特别是体系空间网络结构的形成以及微聚并的发生，直接影响着D-amPAM溶液的性质，同时给出聚合物构象的相关信息。D-amPAM浓度超过临界相分离浓度（C*=1.92g/dL），溶液体系中具有：溶液相以及溶胀相；高浓度D-amPAM溶液是典型的假塑性流体。不同种类的聚丙烯酰胺（单体组成不同），随硫酸铵浓度改变所表现的溶解或溶胀行为明显不同。
　　 从流变学的角度，利用静态剪切法研究了低电荷密度聚丙烯酰胺水分散体与稳定性相关的触变性。着重考察了分散稳定剂浓度及其黏均分子量、态剪切速率、硫酸铵浓度、共聚物单体浓度以及其组成对D-amPAM体系触变性以及触变强度的影响，揭示了体系微观结构信息。结果表明，分散体系表观稳定性与其触变性密切相关，这一发现在国内外尚未见文献报道。
　　 考察了分散体浓度、分散体特性黏数、介质pH值以及絮凝温度等因素对高岭土悬浮体系的絮凝效果。结果表明，低电荷密度聚丙烯酰胺水分散体用作絮凝剂，具有絮凝速度快，絮凝体大且密实，絮凝效果显著等特点，是一种优良的高分子絮凝剂。