光引發(fā)合成聚丙烯酰胺

1、光引發(fā)合成聚丙烯酰胺一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展庖l(fā)合成聚丙烯酰胺的方法。了解分散聚合的反應(yīng)機(jī)理及配方中備組分的作用。通過本實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)光引發(fā)劑在分散聚合中作用的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或與其他單體共聚得到聚合物的統(tǒng)稱，是一種線性的水溶性高分子聚合物，具有增稠、絮凝、助沉和穩(wěn)定膠體等功能，被廣泛應(yīng)用于釆油、紡織、選礦、污水處理、造紙和生物醫(yī)學(xué)等方而，有“百業(yè)助劑”之稱，其在精細(xì)化工領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用日漸活躍，具有廣闊的發(fā)展前景。聚丙烯酰胺的合成方法有：水溶液均相聚合、分散相聚合等，一般采用化學(xué)引發(fā)劑引發(fā)聚合，其工藝成熟，己有30多年的生產(chǎn)歷史。但這些方法也有缺陷，主要是產(chǎn)品質(zhì)量

2、欠穩(wěn)定，且生產(chǎn)成本較高等，影響了PAM作為絮凝劑在環(huán)保方而的廣泛使用。光是一種電磁波，它可以誘發(fā)鍵的斷裂從而引發(fā)聚合。光引發(fā)就是指單體在光的激發(fā)下形成自由基進(jìn)行引發(fā)聚合。其中使用的光引發(fā)劑和光敏劑都是在光聚合中能起到促進(jìn)引發(fā)聚合的化合物，是光的活性分子。這些光活性分子的作用是為光聚合提供引發(fā)聚合的初級(jí)自由基。光聚合首先要求聚合體系中一個(gè)組分必須能夠吸收某一波長(zhǎng)范圍的光能；其次要求吸收光能的分子可進(jìn)一步分解或者與其他分子相互作用而生成初級(jí)活性種；在整個(gè)聚合過程中所形成的大分子化學(xué)鍵應(yīng)是能經(jīng)過光輻射的。采用光聚合技術(shù)進(jìn)行PAM的合成是一種效率高、用途廣的高新技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)便、易控制、產(chǎn)品純度高、

3、分子量高、溶解速度快、投資少、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。大多數(shù)光引發(fā)劑是不溶于水的，且溶液聚合法由于反應(yīng)體系粘度高、散熱困難和產(chǎn)物后處理復(fù)雜等因素而受到限制，而釆用分散聚合法制備PAM,反應(yīng)體系粘度低、傳熱方便、產(chǎn)物易于分離、溶解速度快。分散聚合法合成的聚丙烯酰胺產(chǎn)品，具有快速溶于水、無二次污染等的特性，極大的拓寬了聚丙烯酰胺產(chǎn)品的使用領(lǐng)域。AmonomerInitiatorRadicalOliaonierDispersant在聚合過程中，分散劑包裹在PAM粒子外部，通過空間障礙作用使反應(yīng)體系穩(wěn)定.常用的分散劑如聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)、聚乙烯基甲醵(PVME)等，存在價(jià)格昂貴、

4、分散性能不好、用量大、用于分散聚合時(shí)單體濃度低等缺點(diǎn)。以聚丙烯酸為主鏈、壬基酚聚氧乙烯為支鏈的聚電解質(zhì)型接枝共聚物PAA.g.NPE0作分散劑可以大幅提高AM單體濃度。減少分散劑用量，并獲得良好的分散穩(wěn)定效果。本實(shí)驗(yàn)以PAA-g-NPEO為分散劑，用UV光引發(fā)AM分散聚合，以BDK為光引發(fā)劑考察聚合反應(yīng)的特征并探討各反應(yīng)參數(shù)對(duì)聚合的影響。紫外光引發(fā)AM分散聚合時(shí)反應(yīng)溶劑對(duì)聚合單體是溶劑，對(duì)聚合產(chǎn)物是沉淀劑.光前單體、引發(fā)劑、分散劑、溶劑組成均相反應(yīng)體系如圖(a)所示：光照開始，BDK分子吸光分解產(chǎn)生初級(jí)自由基(反應(yīng)式1),引發(fā)AM單體聚合，此階段反應(yīng)類似溶液聚合，體系仍然保持均相(b)；在溶劑

5、中增長(zhǎng)的低聚物鏈達(dá)到臨界鏈長(zhǎng)時(shí)會(huì)逐漸從體系中沉淀出來，體系變?yōu)榉蔷?c),紫外光透過能力變?nèi)?；這些低聚物鏈有很高的表而自由能，于是吸附分散劑到其表面上，形成穩(wěn)定的核.當(dāng)產(chǎn)生的核達(dá)到一定數(shù)量之后，反應(yīng)體系中所有的低聚物自由基均可被核吸附，不再形成新的核，成核階段結(jié)束(d)：之后生成的核吸附單體、引發(fā)劑以及低聚物自由基繼續(xù)反應(yīng)，聚合物粒子逐漸長(zhǎng)大直至單體耗盡，此階段類似于乳液聚合(e)o反應(yīng)式1：從-H3三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑實(shí)驗(yàn)儀器UV光源、三口燒瓶、橡皮塞、玻璃管、恒溫加熱磁力攪拌器、微量注射器、量筒、10ml移液管、溫度計(jì)、電子分析天平、離心機(jī)、烘箱實(shí)驗(yàn)試劑丙烯酰胺、叔丁醇、PAA-g-NPE

6、O2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（BDK）、叔丁醇（TBA）、去離子水、無水乙醇、N：UV光源溫度計(jì)通氣口三口燒瓶轉(zhuǎn)子恒溫磁力攪拌器出氣口四、實(shí)驗(yàn)步驟稱量lg分散劑PAA-g-NPEO,加入到盛有70mlTBA和30ml去離子水的三口燒瓶中，加入轉(zhuǎn)子，設(shè)定攪拌器溫度25C,開始攪拌。待分散劑完全溶解后，稱取lOgAM加入到燒瓶中，使其完全溶解。稱取光引發(fā)劑BDK0.004g,用移液管量取lOmlTBA,在燒杯中溶解，用微量注射器吸取lml溶液加入到燒瓶中。通入汕除氧30min后，打開光源，在光照下使反應(yīng)進(jìn)行40min得白色乳狀液。將所得產(chǎn)物用大量乙醇洗滌，離心分離30min后于50C烘箱中烘干。注意事項(xiàng)：（1）叔丁醇熔點(diǎn)僅僅超過25C,因此室溫下有可能是固態(tài)。（2）反應(yīng)停止時(shí)，要先拔出通氮玻璃管，再停止通氮，防止倒吸。（3）打開光源之前盡量避免強(qiáng)光直照。五、思考題為什么用TBA和H：0的混合液做溶劑？分散劑濃度、溶劑組成、引發(fā)劑濃度、光強(qiáng)對(duì)產(chǎn)物粒徑分別有什么影響？液層厚度對(duì)聚合反應(yīng)有沒有影響？六、參考文獻(xiàn)（1）汪威，紫外