兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究：
兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究以丙烯酰胺（AM)二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC)丙烯酸（AA)為單體，用溶液共聚法製備兩性聚丙 烯酰胺（AMPAM)研究了反應條件對兩性聚丙烯酰胺分子量及絮凝性能的影響。結果表明，采用^^OfNaHa^ (質量比1 :1)氧化還原複合引發體係，引發劑用量為0 88%，單體用量為24 5%聚合溫度為55 °C，溶液pH值為 6單體摩爾比為n(AM) :n(DMDAAC) :n(AA)= 1 :0 3 :0 5聚合時間為4 h得到的產品綜合性能最佳，且具有良 好的絮凝脫色效果。
兩性聚丙烯酰胺是一種人工合成的多功能高分 子聚電解質。它的分子結構較為獨特，具有特殊的 性質。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製得， 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。兩性聚丙烯酰胺因其獨特的化學 結構而導致的獨特性質，使其在石油開采、汙水處 理、造紙助劑等方麵具有廣泛應用前景，研究和開發 兩性型聚丙烯酰胺對汙水處理和環境保護有著極其 重要的意義|1]。
i實驗部分 11試劑與儀器
二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC)、無水乙醇 均為工業級;丙烯酰胺（AM)、丙烯酸（AA)、無水亞 硫酸氫鈉、過硫酸鉀均為分析純;皂土、亞甲基藍均 為化學純。
DK48型電加熱恒溫水浴鍋；DTG160精密電 子天平；HI93703濁度儀；752型紫外可見分光光
度計。
1 2兩性聚丙烯酰胺的製備方法
在廣口瓶中，將一定摩爾比的二甲基二烯丙基 氯化銨、丙烯酰胺和丙烯酸溶解，再加入過硫酸鉀和
亞硫酸氫鈉複合引發劑（0. 04 g/ri質量配比為 1:1)不斷攪拌，兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究，使物料混合均勻。反應溫度控製 在55 反應時間為4 hpH = 6得到粘稠膠狀聚 合物。取出並用無水乙醇洗滌，然後烘幹，粉碎，得 到兩性聚丙烯酰胺（AMPAM)。
1 3分析方法
1 . 1相對分子質量的測定在25 °C下，以蒸餾 水作溶劑，用烏氏粘度計測得AMPAM的特性粘度 [n]，按式（1)計算共聚物的相對分子量121。
Mn=8〇2[ n]125(1)
式中Mn粘均相對分子質量；
[n]—特性粘度；
802和1. 25——經驗常數。
1.2陽離子度的測定莫爾法|31。
1.3陰離子度的測定鹽酸滴定法141。
14絮凝實驗
選用100 mg/L皂土濁液作為模擬水樣，濁度為 30 18mg/L在250mL的燒杯中加入200mL濁
液，加入一定量的0 05%的兩性聚丙烯酰胺溶液， 快速攪拌1 min緩慢攪拌10 min然後靜置15 min 後，取上清液測定剩餘濁度。用式（2)計算濁度去 除率S
—B
S=—K100%(2)
B0
式中 S—去濁率，％;
B。一模擬水樣的初始濁度；
B—模擬水樣的剩餘濁度。
15脫色實驗
選用10 mg幾的亞甲基藍染料液模擬印染廢 水，兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究，初始吸光度為1. 805在200 mL燒杯中加入 100 mL的亞甲基藍染料液，加入一定量的0 05%的 兩性聚丙烯酰胺溶液，快速攪拌1 m n緩慢攪拌 5mn靜置15 mfa後，取上清液測其剩餘吸光度。 用式（3)計算色度去除率D
D ==A—Ax 100%
A0(3)
式中 D一脫色率，％;
A—模擬印染廢水的初始吸光度；
A-一模擬印染廢水的剩餘吸光度。
2結果與討論
2 1兩性聚丙烯酰胺的合成
2 1. 1單體用量的影響固定其他實驗條件不變， 考察單體質量分數對聚合物相對分子量的影響，結 果見圖1
圖1單體用量對相對分子量的影響 Fig 1 Effectofmoncmerdosage on Ihe relative molecular weight
由圖1可知，單體用量的増加可使反應速率變 大，聚合周期變短，有利於提高聚合物相對分子量。 但是單體用量増加到一定程度時，過量的單體較難 參加聚合，甚至出現交聯，導致聚合物相對分子量下 降。單體用量以20% ~25%為宜。
2 1. 2引發劑用量的影響圖2為固定NHS〇3 和K2S〇8質量比為1 :1條件下，引發劑用量與聚合 相對分子量的關係。
圖2引發劑用量對相對分子量的影響 Fig 2 Effect of initiator dosage on the relative molecular weight
由圖2可知，按自由基聚合規律，其他條件不 變，引發劑用量増加，體係中的自由基濃度増加，引 發速率加快，提高引發劑用量有利於提高聚合物相 對分子量。但是引發劑用量増加到一定程度後，若 繼續増大，會導致反應熱不易散開，致使分子鏈斷 裂，相對分子量降低。由圖2可知，引發劑的質量分 數以0 88%為宜。
2 1. 3反應溫度的影響溫度對聚合物相對分子 量的影響見圖3
圖3反應溫度對相對分子量的影響 Fjg 3 Effect of the reaction tan peratuiB cn Ihe relative molecular weight
由圖3可知，隨著反應溫度的升高，鏈引發和鏈 増長速率常數増大，兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究，有利於聚合物相對分子量的増 大。但是繼續升高溫度，鏈轉移和鏈終止速率常數 也隨之増大，反應速率過快使聚合物相對分子量反 而減小。因此，控製溫度在55 °C左右。
2 1. 4 pH值的影響在聚合反應過程中，用鹽酸 或氫氧化鈉調節pH值，介質的pH值影響反應和聚 合物的結構性質。較低pH之下，引發劑半衰期減 小，活性中心増多，同時聚合易發生分子內和分子間 的亞胺基化反應，形成支鏈或交聯型產物；在較高 pH值下，單體分子或聚合物變成含有羧基的共聚
表1合成兩性聚丙烯物。
pH值從4 ~ 6範圍內，隨著pH值 的増加，聚合物相對分子量増加較快；pH值超過6 後，聚合物相對分子量緩慢下降。因此，pH值控製 在6左右。
2 1. 5單體摩爾比的影響單體摩爾配比實驗表 明，丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化銨丙烯酸(物質 量比）=1 0 3 0 5時，所得產品相對分子量最大。
2 1. 6正交實驗將溫度、pH、引發劑用量、單體 配比按4因素3水平做正交實驗，以聚合物特性粘 度為評判指標，結果見表1
Tab le 1 0 rthogonal test results of synthesis of AM PAM
序號溫度八pH引發劑用量/%n(AM) :n(DMDAAC) :n(AA)/摩爾比特性粘度
15040.881 =0 4 :0 661. 783
25051.11 =0 3 :0 5109 86
35061 .541 ： 3 :0 4519 04
45541.11 ： 3 :0 4140 25
55551 .541 ： 4 :0 630 542
65560.881 ： 3 :0 51 283
76041 .541 ： 3 :0 529 163
86050.881 ： 3 :0 492 56
96061.11 ： 4 :0 6947. 85
I690 68231.201 437. 341 040 18
II1 453.79232.961 197. 961 422 02
III1 069.572 749.8957& 75751 85
I /3230.2377.07479. 11346 73
I /3484.6077.65399. 32474 01
I /3356.52916.63192 92250 62
R254.37839.56286 20223 39
正交實驗L,(34)結果
7570 %/#««
由表1可知，合成AM/DMDAAC/AA型兩性聚 丙烯酰胺的最佳條件是:溫度55 t pH= 6引發劑 用量為0 88%,單體摩爾比為1 :0 3 :0 5影響合 成聚丙烯酰胺特性粘度因素強度次序為：pH 3引發 劑用量3溫度3單體摩爾比。
2 2絮凝實驗
用合成兩性聚丙烯酰胺的最佳條件（即序號6) 製得的產品進行絮凝實驗，結果見圖5
00.40.81.21.6
添加量/mL
圖5兩性聚丙烯酰胺添加量對去濁率的影響 Fig 5 Effectof 1he content of AM PAM on tiemuddy IH1B
由圖5可知，兩性聚丙烯酰胺存在一個最佳的 投加量，這是有機高分子絮凝劑的一般規律，是電性 中和與吸附架橋兩種作用的結果。絮凝劑用量太 少，不能形成絮團或絮凝效果不好;用量太大，凝聚 複合物膠粒則被過多的絮凝劑包圍，反而使粒子帶 電荷而穩定，起到分散作用。兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究，0 5 mL的0 05% AMPAM的絮凝效果最好，即最佳的投加量為 L 25 mg/L 2 3脫色實驗
用合成兩性聚丙烯酰胺的最佳條件（即序號6) 製得的產品進行脫色實驗，兩性聚丙烯酰胺添加量 對色度的去除率的影響見圖6
圖6兩性聚丙烯酰胺的添加量對脫色率的影響 Fg 6 Effect of the content cf AMPAM cn he decolorizing rale
由圖6可知，隨著投加量的増加，脫色率増加較 快;但再繼續投加絮凝劑，兩性聚丙烯酰胺的製備及應用研究，脫色率仍緩慢地増加。
3結論
(1)用水溶液法合成兩性聚丙烯酰胺的最佳工 藝條件為:丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯 酸的單體摩爾比為1 :0 3 ： 5反應溫度55 °C，pH =6引發劑用量為0 88%,反應時間為4 h得到 最佳產品的相對分子量達616萬，陽離子度為 5 656%,陰離子度達20 71%。
(2)對模擬汙水和模擬印染廢水進行絮凝和脫 色實驗，結果說明適量的投加量有利於達到較好的 去濁和脫色的目的，且處理成本低。
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