兩性聚丙烯酰胺的制備及其性能研究摘要：首先應用共聚反應和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物性能的影響，從中優選出最佳的反應條件,最后進行產品絮凝性能研究。實驗結果表明，共聚反應中，當引發劑濃度為0.6%，單體濃度為30%，pH值為6.5時，分子量可高達四百萬以上；Mannich反應中，當單體濃度為30%,PAM:HCHO:(CH3)2NH（摩爾比）為1:1:1.2，反應溫度50℃，反應時間3小時，胺化度可達25.8%，且產品絮凝性能最佳。關鍵字：兩性聚丙烯酰胺Mannich性能研究兩性聚丙烯酰胺（AmPAM)的分子結構較為獨特，因而具有特殊的性質[1]。它是一種人工合成的多功能高分子聚電解質，分子鏈上同時含有陰、陽離子基團，具有很好的水溶性、很高的分子量和良好的粘性容量。其陰離子基團通常有羧基、硫酸基或磷酸基,陽離子基團通常有季銨鹽基、吡啶嗡離子基或喹啉嗡離子基。陰離子基團可以通過酰胺基水解制得,也可以通過酰胺基的反應接枝聚合,陽離子基團一般是通過接枝獲得，也可以通過酸胺基團的反應活性接枝聚合上去。從20世紀90年代起，國外(如日本、美國和法國)對AmPAM的研究已趨于活躍，中國對APAM的研究起步較晚。APAM獨特的化學結構而導致的獨特性質使其在石油開采、污水處理、造紙助劑等方面具有廣泛應用前景，因此研究和開發AmPAM對國民經濟發展和環境保護有著極其重要的意義。1實驗部分1.1儀器三口燒瓶，水浴鍋，721型分光光度計，烏氏粘度計，量筒，磁力攪拌器，真空烘箱。1.2試劑丙烯酰胺（AM），分析純，天津福晨化學試劑廠；二甲胺（(CH3)2NH），化學純，上海凌峰化學試劑公司；甲醛（HCHO），分析純，廣東汕頭西隴化工廠；過硫酸胺（（NH4）2S2O8），分析純，上海試劑一廠；亞硫酸氫鈉(NaHSO3)，化學純，上海試劑總廠；丙烯酸(AA),化學純，國藥集團化學試劑有限公司。1.3實驗方法1.3.1丙烯酰胺和丙烯酸的共聚反應將丙烯酸和丙烯酰胺單體配成一定濃度水溶液，用10%的氫氧化鈉溶液調節pH值，在氮氣保護下，于60℃以適量過硫酸鉀－脲作氧化還原型引發劑，引發共聚3h，得丙烯酸－丙烯酰胺共聚物。該共聚物為陰離子型聚丙烯酸類水溶性高分子[2]。1.3.2Mannich改性將一定濃度的聚丙烯酰胺溶液加入到恒溫水浴中的四口燒瓶中,加溫到一定溫度后,加入甲醛和二甲胺(摩爾比為1∶1.2)的預混液,反應一定時間后取出備用。將共聚物在pH＝10和50℃下進行Mannich反應，即用共聚物中丙烯酸摩爾數1.1倍的甲醛和二甲胺改性，得叔胺型兩性聚丙烯酸類水溶性高分子[3-5]。1.4性能測試與結果表征1.4.1分子量的測定按GB12005.1-89和G/T12005.10-92用烏氏粘度計測定。再按下式計算平均相對分子量MV。1.4.2胺化度測定[6]何準確稱取冒干燥倚的飄APAM0紛.1續g疲（正確劉至爆0.001可g丟），用蒸餾水甲溶解后，加嗅聞甲酚綠一甲基咳紅指示白劑吩6欺－腳7列滴，然后昏用還0.05mo賄l/栽L齡的標準鹽酸溶銅液滴定溶液至擺橙色。式中：堵道荷C議－標準鹽酸的嗚摩爾濃度；雄缸遵V刷－樣品消耗鹽槍酸的體積專，據m剛L終；溝胞朽V愚0倍－空白試驗消棗耗鹽酸的體積胡，予m范L朽；續竊時W背－樣品質量喇，根g弓；察傍甩12煎8柔－辛N辮-轟二甲胺基甲基叢丙烯酰胺的分財子量。始注：計算狡中假定只有丙昏烯酰胺盆和漢N館-渠二甲胺基甲基侮丙烯酰胺兩種遇鏈節。脹擺系1.4.修3吩絮凝性能測定良答將蝶2河％高嶺土懸濁旦液充分振蕩均截勻后，量怠取款100m胳L北置于具塞量筒域中，加入一定美量的絮凝劑后固，翻轉量筒數似次，直到藥劑欺混合均勻為止嫂。將量筒豎放喉，靜置一段時塵間后暖用傘72壺1罵分光光度計指在授640n癥m乎下測定上清液箏吸光率值窮[7]暈，然后用下式執計算沉降率。域式中感，稼A堅0膨為空白溶液的伴吸光率值。杜繪舟女些兩性秀型產PA士M甲的紅外光譜表徹征兄用傅立葉浴紅外光譜儀測朗定兩性型聚丙逗烯酰胺的結構敗。負2寄軌結果與討論桿義福2.盜1憤丙烯酰胺－丙秋烯酸共聚物合縱成皺設環2.1.忙1貍引發劑濃度的臉影響兄圖狹1全漂引發劑濃度對閉分子量的影響眠按自由基垂聚合規律，引塌發劑濃度增加尊，在同樣溫度偏下，體系中的爛自由基濃度增槽加，引發速率贏加快，提高引冰發劑用量有利剃于提高聚合物屬的粘度，即提侍高分子量濤[8]扒，但是引發劑卻用量增加到一掃定用量時，繼遠續增大引發劑任用量，會發生證交聯，聚合物奧的分子量反而笛下降。由堵圖躁1黨可知，將引發租劑的濃度應彩以弦0.6廁%明為宜。森露當2.1.貸2澇單體濃度的影問響還圖鍵3校懼單體濃度對分泡子量的影響丈從意圖京2刮可以看出，隨纏著單體濃度的糕增加，分子量抵不斷增加，但蠶當單體濃度達濁到素30潮%宅后，分子量增辯加趨勢減緩，省因此控制單體駝濃度怖在即30聲%蓋。會測甲2.1.3胳p液H森值的影響焦圖礦4

p遠H子值對分子量的景影響做在聚合中卡，介質鴉的吵p豈H絮值影響反應和揪聚合物的結構故性質，較脊低圍p越H當值下永（種<務7晉）聚合易伴生搞分子內和分子之間的酰亞胺化性反應，形成支仔鏈或交聯型產偽物；在較各高叼p浙H瓦值下育（朗>肆7吹），單體分子句或聚合物變成津含有羧基的共勒聚物。因為本震實驗采用共聚悲法要制得一定賄水解度的產品看，因而我們在擊酸性條件下聚拔合。句從錯圖潑4合可以看出蠻，心p休H痕值達從默4相到川6.并5惠范圍內，串隨集p甲H喊值升高，分子樹量增加較快牢；蜘p毯H捷值奴在魚3峽時，分子量也厘較大。但由賭于疑p糾H塌值過低，對反息應設備和貯存號設備要求較高鋸，而且交聯嚴乏重，因而我們克選電用豪p禍H跑值蒜在描6.踏5守左右。涂暈門2.伙2籌曼尼奇反應峰控避2.2.惑1斬物料配比的影遭響魂表墨1述珠物料配比對丙蛋烯酰胺和丙烯同酸共聚物胺化胞度的影響辜仍市AM:HC維HO:(CH商3母)牢2詳N夾H莫（播mo訂l看比）畫辨跨強胺化健度還(機%)超價導AM蚊距網HCHO筆鞏來(CH慌3掛)妄2寒NH蜂梨巡1中震直0.5稅深杠1封繼在14.6愁饒凡1推丟假0.8壘驢籌1.1沒抬嬸17.5濃暖暑1堵司真0.8磨聞溪1.2宗哲姓22.4醬沉呢1顧滲窩1仗尤貧1.1禾梯笨19.8判威踢1稀昆丟1膚揮心1.2目惱辱25.5垃使用甲醛舍和二甲胺改性睜時，常采用偏胺陶/斜醛（摩爾比）緞大仙于汗1灣，即胺相對于濾醛過量。因為團此反應在堿性揀條件下才能進霧行，這樣可保偷證體系殊的邀pH>臂7鴉。隨著二甲胺搏用量的增加堿抵性增媽加霸溜,溪反應產物的胺姐化度增加，而導且可以減少游擠離醛和羥甲基樸丙烯酰胺的含氣量，有利于產鏟物的穩定，喉但二甲胺用量雀過多，不僅生抖產成本增悔加法瓶,陣還會影響產品燃的質量，因此嗓本實驗選定甲后醛和二甲胺摩石爾比聾為你1:1.激2徹。玻償貫2.2.啄2譽反應溫度的影耐響甲圖圖5屆綢反應溫度對胺醬化度的影響數從討圖就5傳可以看出，聚估丙烯酰胺胺化怒度隨反應溫度騎的升高而增加槽，但溫度達墓到遣5倡0陽℃次后，胺化度提逮高不明顯，并哄且在高溫條件黨下毛,鼓加快了交聯反嗓應速譽度架,謹導致交聯產物雅增探加鳳,抗因而一般控制鞭溫度波在玩5慘0修℃位。染或基2.2.埋3儲反應時間的影棒響涉圖俘6排反應時間對胺驢化度的影響堵從石圖任6刊中可以看出，聾隨著反應時間向的延長，產物努的胺化度提高叼，當反應期至乞3授h蒙，胺化度已數達躺22.幫5濤％，繼續反應嶺胺化度增加不痰明顯，有時甚倍至下降，這是畜因為長時間在愁較高溫度下反污應調,快加速了羥甲基評團間交聯反應凈和產品水解所礙致。從經濟的勇角度考慮，將黑反應時間定轉為絡3染h梢。囑哭診2.賣3穩對高嶺土懸濁祖液的絮凝性能芬堡洞2.3.嬸1飼絮凝劑用量的魔影響肌圖按7功膜絮凝劑用量對端懸濁液去除率頓的影響述從食圖較7權可以看出，沉桿降率隨著絮凝襲劑濃度的增加雪先增后減，當嗚絮凝劑濃度償為捐10mg/院L肆時，沉降率達灣到最大彈值津92.噸6宰％。型菠維2.3.2致p床H偶值的影響棒圖雷8

p撥H達值對懸濁液去趕除率的影響貍高嶺土懸述濁揮液喚p愚H撈值的變化對懸飼濁液絮凝性能裁的影響如戴圖盆8俯所示。從潮圖毯8劈可以看出，與泳陽離子聚丙烯摸酰胺和陰離子暫聚丙烯酰胺相運比，兩性型聚柴丙烯酰胺禾在戀pH=據2改－隊1營0情范圍內絮凝效來果都很好，友即漁p選H仙適用范圍較寬裂，而且兩性型塵聚丙烯酰胺的童絮凝效果侮受痰p別H冊值變化的影響征較小，因而在豈實際應用中適次應性也較強。故毫攝2.廈5脆兩性聚丙烯酰晝胺的紅外光譜敗分析趨[9,10]支圖占9AmPA遣M萌紅外譜圖驅表兆2

AmP怒A白M吃乳液的紅外譜決圖分析結果西座遞促官能團桐咸偉杏振動形式膝珠爪輩吸收峰位置碑（鳴cm戰-1寨）旦防層側強度遞爹甚-CONH冰2佳全舟淡γ府C=O惕援巨1654.芒48外雨策s告竭喊-CH財2蝴-嶺視主鋼γ嶼加CH石斥呀2949.紋83樹狐另m穗元勿-CH譽3筑擾良燥δ鐘章CH磨圣配1450.掛17巾鴉堂s近盾扣-COOH舍撒方床γ嗽搞C爸－雕O退邪尿δ示然OH箱撒綱1200.跡9薯1平窮撇1405.2完2特肢際貿s勿松滾s檔醉另-COO蔥-隱封簽惕γ寒C衰－耳O端使存1405.寧22進種嬸s驗三土AmPAM真今的紅外線光譜悉分析如碰圖計9德，譜圖分析結積果如仙表跳2弱所示。從紅外座譜圖及分析結餐果可知陽離子胖聚丙烯酰胺乳橋液含有酰胺基企團、亞甲基基多團和羧基二聚習體，這些基團炮為兩性聚丙烯咳酰胺的特征基鬧團。3結論森樂罪1庫.反丙烯酰胺單體金和丙烯酸單體宅共聚反應，單惜體濃閃度搖3乏0補％，采用氧化瞇還原引發體系么，張p艙H賭值罵6.客5們左右，制得陰式離子丙烯酰胺哀共聚體。絲暴必2班.晶丙烯酸－丙烯朵酰胺共聚反應寬中，當引發劑林濃度輪為啦0.6半%途，單體濃度只為溪30廣%鎖，閘p妖H速值脈為垂6.棄5地，分子量可達幻到耐40廚0筋萬以上。謙渣仿3.Mani創c瞎h滔反應中，當原覆料配比旁（老mo維l潔比損）翠PAM:HC逮HO:(CH它3緞)付2欠N烤H臂為臺1:1:1.待2精，反應溫碼度繼5視0歸℃阻，反應時附間庸3框小時，胺化度考可鴿達濃25.袖8染％。參肚感4巴.釀傅立葉紅外表鎖征結果表明：訂兩性喬型育PA萬M太具有羧基、羥掏基、酰亞胺和說酰胺基團，紅朝外表征結果完致全符庫合塊PA床M真乳液的基團征勻。參考文獻帳稀裝[1稈]泡藏慶打達宵,蘭李卓衣美勝,面兩性高分子的齊溶液性奉質容,租功能高分子學循報破,1994,回17(1頓):90-摧92段診裝[2]Co姿rpart抗JM.Cha乖racter輕izatio竭nofH祥ighCh爐argeD據ensity組Ampho柄lytic瘦Copoly炊mersPr廉epared妨byMi煎croemu懶lsion汗Polyme速ration遵[J].Po帖lymer.叛1993,祝34(18)每:3873形-388幸6雪沃戲[3]McD捕onald收CJ,B亞eaver平RH.Th拳eMann柏ichRe正action峰ofPo杰lyacry匙lamide汁[J].Ma也cromol為ecules極,1979,既12(2):郊203-臂208幼蘇層[4]跪別李萬案捷終,裂趙彥黨生是,打溫亞盛龍五.見兩性有機高分寒子絮凝劑的合蓄成押[J]早.隸水處理技掉術雕,1994犧,20(1)脫:34-38堪枕貴[5負]飾席雁知生恭,改張志概俊里,戚李撇鍵筐.碌聚丙烯酰詢胺徑Mannic堤h慮反應歷程的研惱究擔[J]浩.肌青島化工學院喪學蓬報井,1994,播15(3):倦232-23蠻7河三采[6緞]姻盧紹告杰男,集劉瑞知賢訂,慶孫希雨明攝,素衛乃稈勤搶,睜楊光點中傷.略淀粉接枝聚丙貧烯酰胺反相膠冤乳的胺甲基化親反咸應執[J]畏.予化學通則報適,199順8鬧（波9槽）嫌:48-51奮極鉛[7斗]如尹燕