超高分子量聚丙烯酰胺-647

超高分子量聚丙烯酰胺 班级：高材 1522 姓名：左凡凡 学号：1513250232 二零一六年五月十七日 目录目录 前言. 3 2实验部分 . 3 2 1 1试剂和仪器 3 2 1 2聚合物合成 4 2 1 3聚合物分子量的测定 4 3结果与讨论 . 4 3 1 1聚合体系 pH 值对分子量的影响. 4 3 1 2起始聚合温度对分子量的影响. 5 3 1 3单体含量对分子量的影响下表. 6 3 1 4氧化还原引发剂加入量对分子量的影响 .7 3 1 5引发剂 A 加入量对分子量的影响. 7 3 1 6链转移剂加入量对分子量的影响. 8 4结论 . 9 参考文献 . 10 前言前言 聚丙烯酰胺 ( 简称 PAM) 是一类重要的水溶性高分子聚合物 , 具有优良的物化性能 , 如增稠、絮凝沉降、过滤、降阻、稳定、增 黏和净化等。由于它无毒、吸水性强、反应活性高 , 能生产许多有 用的后续加工产品 , 因而广泛应用于采油、选矿、造纸、生活用水 净化、工业废水处理、洗煤、涂料和土壤保水等行业[1 ] 。尤其在 油田和水处理领域中,它的应用更为广泛。而作为驱油剂和絮凝剂来 说 , 聚合物的分子量越高 , 其使用效果越好。 因此近年来研究的重 点大多集中在如何获得超高分子量的聚合物产品上。 采用传统氧化还 原体系较难获得分子量较高的 PAM 产品 , 本研究采用氧化还原及 自制引发剂 A 复配体系 , 通过水溶液聚合方法合成了分子量超过 2000× 10^4的超高分子量 PAM, 并考察了影响 PAM 分子量的因素。 2 2实验部分实验部分 2 1 12 1 1试剂和仪器试剂和仪器 试剂 : 丙烯酰胺 (AM) , 化学纯 , 淄博明新化工有限公司 ; 碳酸钠、 冰醋酸、 过硫酸铵、 亚硫酸氢钠、 链转移剂皆为分析纯 , 天 津博迪化工有限公司 ; 引发剂 A, 自制。仪器 : 恒温水浴 , 淄博 金星仪器厂 ; ZB101 -Ⅱ电热鼓风烘箱 , 淄博仪表厂 ; 乌氏粘度计 ( 温度 30 ℃ ± 0 1 1 ℃) ,上海玻璃仪器厂 ; 粉碎机 , 天津泰 斯特仪器有限公司。 2 1 22 1 2聚合物合成聚合物合成 将定量的单体、水解剂、链转移剂加入聚合器 , 加水调节单体 的浓度 , 并用酸碱调 pH 值 , 通氮气 15 min 后 , 将聚合器放入 恒温水浴中加热到指定温度 , 加入引发剂引发聚合。反应结束后 , 将所得胶体造粒、烘干、粉碎、筛分 , 得到 PAM 干粉。 2 1 32 1 3聚合物分子量的测定聚合物分子量的测定 按 GB12005 1 1 — 89 测定聚合物溶液的特性粘数η , 并按下 式计算聚合物的分子量 M[4 ]:[ η ] =3 1 73 × 10^- 4 mol 66 3 3结果与讨论结果与讨论 3 1 13 1 1聚合体系聚合体系 pH pH 值对分子量的影响值对分子量的影响 聚合体系的 pH 值对 PAM 分子量的影响见图 1 。 从图 1 可以看出 , pH 值对聚合物的分子量影响较大。随着 pH 值的增大 , PAM 的分子量先增大再减小。这是因为 pH 值较低时 , 聚合易伴生分子内和分子间的亚酰胺化反应 , 形成支链或交联型产 物 , 不溶物增多 , 从而损失了分子量[2 ]; 另一方面 , pH 值较高 时 , AM 单体易水解产生 NH 3 ,NH 3 与 AM 反应生成氮川丙酰胺 (NTP) , 而 NTP 的生成速率随碱性增强而加快 , 在氧化还原体系 中 ,NTP 是一种链转移剂 , 直接导致了 PAM 分子量的降低。 pH 值 为 10 1 5 ～ 11 1 5 时可以获得分子量超过 2 000 × 10^4 的 PAM 。 3 1 23 1 2起始聚合温度对分子量的影响起始聚合温度对分子量的影响 AM 水溶液聚合符合自由基聚合的一般规律 , 随着起始聚合温 度的升高 , 聚合物的分子量呈下降趋势。图 2 为起始聚合温度对 PAM 分子量的影响。 在考察范围内 , 随着起始聚合温度的升高 ,PAM 分子量逐渐下 降。低温时自由基的产生和增长都很缓慢 , 自由基相互间碰撞终止 反应概率度升高时 , 链转移速率常数和链增长速率常数都随着温度 的升高而增加 , 但一般链转移速率常数较小 , 活化能较大 , 受温 度的影响较大 , 导致体系的链转移速率增加远大于链增长的速率而 使产品的分子量降低。 因此 , 要得到高分子量的产品 , 必须选择尽 可能低的聚合起始温度 , 但受到引发剂活化能的限制 , 温度过低 , 聚合反应不易进行 , 且聚合时间较长。当聚合起始温度降低到一定 程度时 , 反应的诱导期明显增长 , 转化率大大降低 , 有时甚至不 能引发聚合反应。因此考虑到控制的可操作性 , 选择初始聚合温度 20 ～ 25 ℃。 3 1 33 1 3单体含量对分子量的影响下表单体含量对分子量的影响下表 单体含量对分子量的影响 单体 ( w),% 15 20 25 30 分子量 ,×10^4 2245 2221 2140交联不溶 由表 1 可看出 , 单体质量含量较低时 PAM 的分子量较高 , 因为较低的单体含量有助于分散聚合产生的热量 , 从而降低聚合后 期的反应温度 , 有效地减少了由于后期高温所导致的分子量降低和 不物的产生。 但是单体含量太低 , 会相应增加后处理的难度 , 干燥 过程需要较长的时间 , 在增加了能耗的同时 , 还会引起分子量下 降。 随着单体含量升高 , 反应放出的聚合热不能及时消除 , 会引起 聚合体系温度升高 , 聚合加速 , 链转移反应速率迅速增加 , 从而 导致分子量降低 , 产物支链结构增多 , 水溶性变差。 综合考虑能耗 和分子量 , 选择小试阶段单体的质量含量为 25% 。 3 1 43 1 4氧化还原引发剂加入量对分子量的影响氧化还原引发剂加入量对分子量的影响 针对 AM 单体低温聚合易得到高分子量聚合物的特点 , 采用 0 ℃以上即可引发的氧化还原引发体系 , 试验达到了较好的效果。 图 3 为氧化还原引发剂用量对 PAM 分子量的影响。 从图 3 中可以看出 , PAM 的分子量呈现了先升高再下降的趋 势。 当引发剂用量为 500 mg/L 时 , 聚合物的分子量达到了最高值 2 350 × 10^4 。随着引发剂用量的增加 , 在单位时间内分解产生的 初级自由基数目增加 , 提高了聚合反应速率和聚合物分子量 , 但 随着引发剂用量的进一步增加 ,形成的活性中心增多使相互间碰撞 终止反应概率增大 , 导致聚合物分子量下降。因此氧化还原引发剂 的用量选择为 500 ～ 600 mg/L 。 3 1 53 1 5引发剂引发剂 A A 加入量对分子量的影响加入量对分子量的影响 引发剂 A 一般在温度大于 40 ℃的条件下才分解 , 分解后只 形成一种以碳为中心的自由基 , 夺氢能力弱 , 对产物不发生链转 移。因此在本实验中先用氧化还原引发剂进行低温初级引发 , 待体 系温度升高 , 再由引发剂 A 产生自由基 , 进行二级引发聚合反 应 , 从而使聚合更加完全 , 分子量也大幅度上