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pam质量控制
 

影响低相对分子质量非离子聚丙烯酰胺的质量因素

杨开吉等人以丙烯酰胺为聚合单体,(NH4)2S2O4/NaHSO3体系为引发剂,采用水溶液自由基聚合制备低相对分子质量非离子聚丙烯酰胺。单因素实验得出合成最佳条件:温度为30℃,时间为3h,引发剂用量为0.1%,单体质量分数为15%。再在单因素结论的基础上作正交实验,得出了对实验影响由大到小的因素分别为温度、单体浓度、引发剂的用量和反应时间,且得到了实验最住合成条件:温度为30%,时间为2.5h,引发剂用量为0.1%,单体质量分数为15%。

一、引发剂用重对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响

当单体质量分数为15%,温度为25℃,反应时间为2.5h时,探讨引发剂的用量对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响,结果见图4-20。
本反应为水溶液条件下的自由基引发聚合反应,因而引发剂类型及引发剂的浓度对反应产品的质量影响较大。为了便于得到低相对分子质量聚丙烯酰胺,本实验采用氧化-还原体系引发聚合,其主要优势是低温引发,有利于聚丙烯酰胺分子链的增长。结果表明,随着引发剂用量的增加,聚丙烯酰胺相对分子质量先呈上升趋势,后呈下降趋势。引发剂作为自由基聚合反应活性中心,引发剂用量过少,反应体系中的引发剂浓度很低,链引发反应很难进行,使反应不完全,残留大量的丙烯酰胺单体;而引发剂用量过高时,反应速度过快,会产生过多的自由基,活性中心也愈多,单体主链增长减少,体系很快由流动态转变侧胶体状,聚合物发生交联的几率增加,造成聚丙烯酰胺相对分子质量分布较宽,相对分子质量降低。因此,为了得到高相对分子质量的聚丙烯酰胺,确定引发剂用量为0.10%。

二、温度对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响

当单体质量分数为15%,反应时间为2.5h,引发剂用量为0.1%时,探讨反应温度对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响,见图4-22。
自由基聚合反应中,对单个聚合物分子而言,聚合物的分子形成速度很快,在很短的时间内即能完成链的增长。但对整个体系而言,在较短的时间内则不可能使所有的单休均转化为高聚物,因而单体的转化率一般是随着反应时间的延长而增大的,表现为体系的平均相对分子质量随着时间的延长而增大,达到一定值后增加缓慢,最后几乎恒定。从图4-22可以看出,体系的相对分子质量随时间的延长而增加,在反应3h后,单体的转化率达到较大,相对分子质量也达到一个较大值。若继续反应相对分子质量有一定的增加但不明显,因此在一定的反应时间内。单体的转化率达到较大之
后若再延长反应时间,对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响不是特别明显。为了降低成本,将实验反应时间定为3h。

四、单体浓度对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响

当温度为30℃,引发剂用量为0.1%,反应时间为3h,探讨单体浓度对相对分子质量的影响,见图4-23。
反应体系内的反应热取决于单位体积内的丙烯酰胺的物质的量,即体系的反应浓度,虽然降低体系的反应浓度可以降低体系内的聚合放热量(聚丙烯酰胺的聚合热为82kJ/mol),这有利于提高聚合物的相对分子质量,但另一方面因浓度的降低,相应减少了单体与活性链的碰撞次数,又不利于相对分子质量的增加。
因而随浓度的增加。聚合物相对分子质量由起始增加变为随后降低,即通过降低反应物浓度实现降低体系的反应热从而提高聚合物相对分子质量的作用是十分有限的。
从图4-23可以看出,当单体质量分数低于15%时,随着单体质量分数的增加,体系相对分子质量的增加比较平缓;当单体质量分数为15%时,聚丙烯酰胺相对分子质量最大,而当单体质量分数超过15%时,有少量交联的不溶物产生。出现这种现象是因为在比较高的单体质量分数下,聚合物的链增长速率远大于链转移速率所致。因此,在本实验条件下,单体质量分数以15%为宜。

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