近年來，國內外開發出一種新型乳液，即水包水乳液，它將兩種具有水溶性差異的高分子同時分散 在水中形成乳液，使用時用大量水稀釋，聚合物極易 溶解於水。出8〇3&等&]對聚乙二醇（PEG)存 在下的丙烯酸鈉聚合反應體係進行研究。金正中 等°8開展了 PEG存在下的丙烯酰胺聚合體係穩定 性及動力學研究。單國榮等^UPAAm^PEG^^O 雙水相體係相圖、聚合體係的微觀結構及影響聚合 體係黏度的因素出發，研究雙水相聚合體係的穩定 性。劉月濤等M製備了穩定陽離子型聚丙烯酰胺 (CPAM)雙水相體係，研究發現，CPAM雙水相聚合 體係能避免分散聚合黏度劇增的過程，反應始終平 穩進行。
國內外對於水包水乳液的應用研究鮮見報道，將 其作為絮凝劑的研究更少，因此，本文對水包水乳液 作為絮凝劑進行了研究。本文製備的水包水乳液與 水溶液聚合得到的產品相比，固含量高，反應體係黏 度易控製;與反相乳液聚合得到的產品相比，無有機 溶劑，環保性極好;與粉末狀聚丙烯酰胺相比，其生產 過程中不需要消耗大量能源對產品進行幹燥和粉末 化，且水溶性更好。本文以相對分子質量（簡稱分子 量，下同）20 000的聚乙二醇（PEG20000)為分散劑， 水為分散介質，將N N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、丙 烯酰胺（AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 (DMC)進行自由基共聚反應，製備出水包水型陽離 子聚丙烯酰胺（CPAM)乳液。考察了 PEG20000、 DMC、引發劑（KPS)、聚合溫度等因素對聚合體係的 表觀黏度的影響以及DMC質量分數、MBA質量分數 對絮凝效果的影響，用透射電鏡對乳液粒子形貌進行 觀察，並利用紅外光譜對分子結構進行分析。
1實驗部分1.1試劑和儀器丙烯酰胺（人皿）、聚乙二醇20000(卩瓦020000)、 NN-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA)、過硫酸鉀（KPS)、 亞硫酸氫鈉（NaHS〇3)、氯化鈉（NaCl)、丙酮 (CH3COCH3),均為AR,天津市科密歐化學試劑有 限公司；高嶺土（kaolin) , CP,天津市博迪化學試劑 有限公司；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 (DMC), CP,無錫新宇化工有限公司。
Hitachi -800型透射電子顯微鏡，日本Hitachi公 司;V 70型傅裏葉變換紅外光譜儀，德國Bruker公 司；UV 2300型紫外分光光度計，上海天美公司；NDJ -79式旋轉式黏度儀，上海昌吉地質儀器有限公司。 1.2水包水乳液的製備在 25 °C將20 g PEG 20000、20 g AM、g DMC、0.02 g MBA與102. 7 g水在帶有攪拌的三口燒瓶中 混合均勻，升溫至40 °C,通入氮氣30 min,同時滴加 2 g質量分數為10% KPS水溶液和2 g質量分數為 5%的NaHS〇3水溶液引發聚合;反應進行5 h後，停 止加熱，冷卻至室溫，即合成了白色的穩定水包水型 888电子游戏官网乳液。
1.3高嶺土實驗配製質量分數為2%的高嶺土懸浮液廢水，振 蕩搖勻，向100 mL具塞量筒中加入100 mL上述廢 水，加入_定量的用蒸餾水稀釋後的產品，將量筒翻 轉混合20次後，靜止10 min。用移液管移取70 mL 處清液，用紫外分光光度計（最大吸收波長640 nm, 1 cm比色皿），以蒸餾水為參比測定透光率。
1.4結構與性能表征1.4.1聚合物（CPAM)紅外光譜分析先將製備的888电子游戏官网（CPAM)水包水 乳液用蒸餾水稀釋到一定質量分數，再用丙酮多次 沉澱，除去未反應單體以及PEG20000,真空烘幹至 恒定後，將幹燥後的樣品與KBr —起研磨，在紅外 燈下烘幹後壓片，對樣品進行紅外結構表征。
1.4.2乳液透射電鏡測試取稀釋後的CPAM水分散液，用透射電鏡 (TEM)觀察、拍照。
1.4.3乳液表觀黏度的測定將乳液稀釋，固定轉速，於25 C測定水包水型 CPAM乳液的表觀黏度。
2結果與討論2.1 水包水乳液的製備2.1.1 PEG質量分數對乳液表觀黏度及穩定性影響 本實驗選用PEG20000為分散劑。其分子鏈中 具有大量醚鍵鏈節，分子鏈柔性大，中間內旋轉阻力 較小，容易形成空間位壘，形成分散體係更趨於穩定。
通入氮氣30 mim,聚合溫度為40 C,反應時間 為 6 h,m(AM) :m(DMC) :m(MBA) =20:4:0. 02, w (KPS) =0.44% (KPS占總聚合反應單體質量的百 分數，下同），w (CPAM) = 30% ,考察 PEG20000 質 量分數對表觀黏度的影響，見圖1;PEG20000質量 分數對產品穩定性影響見表1。
由圖1可以看出，隨著PEG20000質量分數 〔PEG20000占單體總質量的百分數，用w (PEG20000)表示，下同〕增加，聚合體係最終黏度 增加。提高w (PEG20000),會降低CPAM在連續相 中的臨界膠束濃度，分散相CPAM溶解需要更多的水，使聚合物乳液最終表觀黏度變大。
圖1PEG20000質量分數對表觀黏度的影響Fig. 1 Effect of PEG20000 mass fraction on viscosity表1PEG20000質量分數對產品穩定性影響Table 1 Effect of PEG20000 mass fraction on stabilityw( PEG20000) /%產品外觀穩定性20白色乳液20 d分層40白色乳液20 d分層60白色乳液180 d無變化80白色乳液180 d無變化100白色乳液30 d分層電荷密度升高，分散相液滴表麵電荷密度增加，其相 互間的排斥力增加，黏度降低。DMC質量分數對產 品穩定性的影響如表2所示。
表2 DMC質量分數對產品穩定性影響Table 2Effect of DMC massfraction on stabilityw(DMC)/%產品外觀穩定性5白色乳液180 d無變化10白色乳液180 d無變化15白色乳液180 d無變化20白色乳液180 d無變化25白色乳液60 d 分層由表2可以看出，w(DMC) =5% ~20%時，產 品穩定存在，DMC質量分數過大，會導致聚合物分 相困難，產品穩定性降低。
2.1.3 KPS質量分數對表觀黏度的影響本實驗將KPS與NaHSO;組成的氧-還體係作 為引發劑，研究了 KPS質量分數對聚合物黏度的影 響，NaHSO3質量分數為KPS質量分數的50%。反 應條件同2. 1. 1節，圖3為KPS質量分數〔引發劑 占總聚合反應單體的質量百分數，用w (KPS)表示， 下同〕對表觀黏度的影響。
w o o <5 o o o^-87^543由表 1 可知，w(PEG20000) =60% ~80% 時，所 得乳液較為穩定，體係中PEG20000質量分數過低， 則粒子表麵覆蓋的分散劑分子不足，其分散穩定性 較差;若質量分數過高，多出的分散劑分子不參與成 核，它會接在各個粒子之間，使體係容易出現凝膠。 2. 1. 2 DMC質量分數對表觀黏度及穩定性的影響 反應條件同2. 1. 1節，考察DMC質量分數對表 觀黏度的影響，見圖2。
圖2 DMC質量分數對表觀黏度的影響 Fig. 2 Effect of DMC mass fraction on viscosity陽離子單體DMC質量分數〔DMC質量占單體 總質量的百分數，用w (DMC)表示，下同〕增大，n逐 漸降低。隨w (DMC)增加，一方麵聚合物的分子量 明顯降低&1，分散相黏度降低。另一方麵，體係中圖3 KPS質量分數對表觀黏度的影響 Fig. 3 Effect of KPS mass fraction on viscosity由圖3可知，w(KPS)增加，體係中鏈引發速率 增加，聚合速率增加，形成的聚合物顆粒不能較快分 散均勻以至於聚結變大，從而使體係分散性變差，表 觀黏度增加。同時研究還發現，隨w(KPS)增加，體 係穩定性也變差。
2. 1. 4聚合溫度對表觀黏度的影響對於CPAM~PEG~H2O體係，有一個合適的臨界分 相溫度，在此溫度下，聚合體係具有最低的表觀黏度。 反應條件同2.1.1節，聚合溫度(0)對聚合物表觀黏度 的影響見圖4。由圖4可以看出，隨著聚合溫度的升 高，體係最終表觀黏度呈先降低後增加的趨勢。聚合 溫度在40〜50^時，體係的最終表觀黏度最低。
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68 -20304050600/V圖4聚合溫度對表觀黏度的影響 Fig. 4 Effect of temperature on viscosity2.2反應條件對絮凝效果的影響 2.2. 1 MBA質量分數對絮凝效果的影響本實驗加入不同含量具有交聯作用的亞甲基雙 丙烯酰胺（MBA)與其他單體進行共聚，形成一係列 具有體型結構的聚合物，並進行高嶺土實驗，測試上 清液的透光率（用T表示）。反應條件同2. 1. 1節， 不同MBA質量分數〔MBA占單體總質量的百分數， 用w (MBA)表示，下同〕的產品對透光率的影響見 圖5。w ( MBA) =0. 3%時，透光率最高。當w (MBA)低於0. 3% ,隨w (MBA)增加，產品絮凝過程 中架橋作用提高，T增加，即絮凝效果提高。當w (MBA)高於0. 3%後，隨w (MBA)增加，產品中出現 不溶解的凝膠，絮凝效果變差。
2. 2. 2 DMC質量分數對絮凝效果的影響將一係列不同含量DMC的聚合物水包水乳液 進行高嶺土絮凝實驗，反應條件同2. 1. 1節，DMC 質量分數對透光率的影響如圖6所示。當w(DMC) <10%,隨w(DMC)增加，絮凝吸附架橋作用減弱， 但電性中和作用明顯加強，絮凝效果增強，T提高。 當w (DMC) > 10%後，隨w (DMC)增加，分子量降 低，電中和作用雖有所增加，但吸附架橋作用明顯減 弱，導致絮凝效果減弱，T反而下降。
2.3水包水型888电子游戏官网乳液的TEM分析 引發劑、單體、聚乙二醇質量分數及溫度對最終 產品中聚丙烯酰胺(PAM)液滴形態、尺寸有一定的影 響12 ,呂挺、單國榮等人研究表明，隨引發劑質量分 數的增加，液滴由球狀變為細長條狀;隨著溫度的上 升，球狀液滴逐漸趨於條狀，然後又重新趨於球狀;在 初始單體質量分數較低時，PAM液滴粒徑尺寸分布 較窄，當其質量分數增加後，液滴粒徑呈多峰分布;隨 著PEG質量分數的增加，聚合物液滴趨於球狀。
將 w (固體）=35%,w(PEG20000) = 80%、w (DMC) =10%、w (KPS) =0.8%、w (MBA) =0.3% 的體係聚合後得到的水包水乳液進行稀釋，用TEM 拍攝的乳液微觀形態照片如圖7所示。可以看出， 分散相液滴以球狀和絲狀分散於體係當中。
2. 4 FTIR 分析圖8為用丙酮提純處理後進行紅外光譜測定所 得的紅外光譜圖。經分析可知，在1 663 cm — 1處的 強吸收峰為酰氨基羰基的特征吸收峰，在3 442和 3 179 cm—1處為酰氨基的N—H伸縮振動吸收峰； 在2 890 cm — 1處為一N+ (CHj結構中甲基的特征吸 收峰，在1 454 cm-1處的尖峰為陽離子單體中一 CH2—N + —亞甲基的彎曲振動吸收峰，在1 102 cm — 1處為陽離子單體上C—O—C的伸縮振動吸收 峰；在1 554 cm — 1處為NN-亞甲基雙丙烯酰胺的一 NH—重要特征吸收峰。因此，產物分子結構中含有AM、DMC以及MBA鏈節。
3結論(1)將AM、DMC、MBA進行自由基共聚，在 PEG20000溶液中合成了固含量高，穩定性好的乳白 色的水包水型888电子游戏官网（CPAM)乳液，液 滴以球狀和絲狀分散於該水性體係當中。
(2)實驗發現，隨PEG20000質量分數增加，水 包水型CPAM乳液的表觀黏度增加；隨DMC質量分 數增加，乳液最終表觀黏度降低;隨引發劑（KPS)質 量分數增加，最終表觀黏度增加；聚合溫度為40 ~ 50 °C時表觀黏度最低。
(3)對高嶺土的絮凝實驗表明，在聚合溫度為 40C,反應時間 5~8 h, w(PEG20000) =80%、w (KPS) =0.8% ,w( MBA) =0.3% ,w( DMC) =10%， 產品的絮凝效果較好。
(4)紅外光譜分析表明，CPAM分子結構中含有 AM、DMC以及MBA鏈節。