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1、超高分子量阳离子聚丙烯酰胺分散体系的制备与工艺研究摘要本论文在综合相关文献基础上，对环境友好型阳离子聚丙烯酰胺水分散体系的制备和工艺进行了研究。1、根据大分子结构设计理论，以丙烯酰胺（AM）单体为主要原料，引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵（MBDAC）为阳离子共聚单体，以聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（PDMC）为分散剂，选择水溶性偶氮化合物（V-50）为引发剂，在硫酸铵溶液中采用水分散聚合技术制备了稳定的P（DMC/AM）共聚物。2、系统考察了阳离子单体的配比、分散剂用量、无机盐浓度、引发剂用量等因素对水分散聚合反应、产物分子量、流动性和水溶性
2、的影响。通过正交试验法确定最佳反应条件为：阳离子单体配比为：1.7:1.3，分散剂用量为2.0%，引发剂用量1.39ml，引发温度为55，硫酸铵浓度为：21%。3、利用红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）、激光粒度分布、激光光散射等分析手段对产品进行了表征。关键词：超高分子量 阳离子聚丙烯酰胺 水分散聚合 STUDIES ON SYNTHESIS AND APPLICATION OF AQUEOUS DISPERSION OF CATIONIC POLYACRYLAMIDE WITH ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT On the basis of the relev
3、ant literature, the preparation rules, the swelling and rheology properties of the aqueous dispersion of cationic polyacrylamide, which was an environment-friendly type, were investigated in this thesis. 1 According to the molecular design clues, this research selected acrylamide(AM) as main raw mat
4、erial, dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride (DMC) as the assistant monomer, poly(dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride) (PDMC) as stabilizer and azo-compounds(V-50) as initiator, the cationic polyelectrolyte was synthesized by aqueous dispersion polymerization in the ammonium su
5、lfate solution.2 The effects of varying factors,i.e.the molar ratios of DMC/PDMC, the concentration of the dispersant, the concentration of ammonium sulfate, the dosage of initiator, molecular weight and the solubility of the system were investigated. By the orthogonal experiment, the optimum condit
6、ions of synthesis were determined as follows: the dosage of dispersant 2.0%, the concentration of initiator 1.39ml, the initiation temperature 55, the concentration of ammonium sulfate 21% 3 The dispersion copolymers were characterized with Fourier Transform Infra-Red (FTIR), the Transmission Electr
7、onic Mirror (TEM), the Laser Particle-size Analyzer and the Laser Light Scattering Instrument.Key Word: Ultra-high molecular weight, cationic polyacrylamide, aqueous dispersion polymerization.目 录前言11 文献综述1.1聚丙烯酰胺简介21.1.1 聚丙烯酰胺的结构和性能21.1.2 聚丙烯酰胺的类型及性质21.1.3 丙烯酰胺自由基聚合反应概述41.1.4 阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）的制备方法91.
8、1.5 丙烯酰胺的聚合技术101.1.6 聚丙烯酰胺的应用121.2 丙烯酰胺水分散聚合研究综述151.2.1 分散聚合的研究进展151.2.2 分散聚合成核机理研究161.2.3 分散体系稳定机理的研究综述161.2.4 丙烯酰胺水分散聚合综述211.2.5 丙烯酰胺水分散聚合工艺特点251.3 本论文的研究意义和内容271.3.1 本论文的研究意义271.3.2 本论文的研究内容282阳离子聚丙烯酰胺水分散体系的制备2.1实验部分302.1.1 原料与试剂302.1.2 实验仪器302.1.3 阳离子型丙烯酰胺共聚物水分散体系的制备312.1.4 P（DMC/AM）共聚物的表征322.2结
9、果与讨论332.2.1 单体对水分散聚合工艺的影响332.2.2 分散剂对水分散聚合工艺的影响362.2.3 硫酸铵浓度对水分散聚合工艺的影响382.2.4 引发剂浓度对水分散聚合工艺的影响402.2.5 引发温度对水分散聚合工艺的影响412.2.6 反应时间对水分散聚合工艺的影响422.2.7 pH值对水分散聚合工艺的影响432.2.8 溶剂对水分散聚合工艺的影响452.2.9 搅拌速度对水分散聚合工艺的影响462.2.10 最佳合成条件的确定472.2.11共聚物红外光谱502.3 本章小结51前言聚丙烯酰胺是全球消费量较大、应用较广泛的合成类水溶性高分子化合物, 素有“百业助剂”之称,
10、广泛应用于石油开采、造纸、水处理、采矿、纺织、医药等行业。如2006年全球约40%的PAM用于给排水处理，约30%用于石油工业，约30%用于纸浆和造纸工业。在我国石油开采是PAM的最大应用领域，占80%以上，其次是水处理和造纸，分别约占7%和4%。现阶段我国的石油资源和森林资源正在不断减少，水体污染日趋严重。这使PAM在我国的石油、造纸和水处理三大领域中的应用尤为重要，皆有战略意义。聚丙烯酰胺产品类型主要有水溶液胶体、粉状、乳液和水分散液等四大剂型，相应地，PAM聚合技术可分为水溶液聚合、反相悬浮聚合、反相（微）乳液聚合和水分散聚合。聚丙烯酰胺按照带电性质可分为四大类：非离子（NPAM）、阴离
11、子（APAM）、阳离子（CPAM）和两性离子型（AmPAM），其中阳离子型聚丙烯酰胺的适用范围最广。因为其受共存盐影响小，可以中和带有负电荷的微粒，并通过架桥作用而有效的絮凝、脱色，从而使固液分离过程得到强化。另外水分散聚合是当今水溶性高分子领域的最新技术，该技术以水为连续相，保留了乳液聚合的优点，充分且巧妙地利用分散聚合机理，使反应在温和条件下进行；产品以流动性极佳的乳白色高浓度分散液形式存在，并且分子量易于调节，残余单体基本保留在溶剂中，有利于获得高纯度聚合物产品。用水稀释聚合物水分散产品，聚合物微粒迅速溶解于水中形成均相体系，避免了有机溶剂的二次污染问题。因此相对于水溶性高分子的其它几种
12、聚合技术，水分散聚合技术属于环境友好的高分子化工过程，符合绿色化学工程与技术的发展趋势，研制水分散型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂具有重要的环境意义。目前，国外阳离子产品约占PAM总量的一半，且仍以每年10%的速度增长。而我国的阳离子产品仅占10%。我国现有的合成工艺存在未反应的原料多、毒性大、阳离子度低、稳定性差、有效期短等缺点。在生产品质、产品质量、生产工艺、生产规模上与国外相比都有很大的差距。我国的阳离子产品分子量较低，产品的剂型以水溶液为主。这已经制约了我国水处理和造纸工业的发展。而通过水溶液共聚合成的阳离子聚丙烯酰胺，具有分子质量高、阳离子度高和稳定性好的优点。深入研究与开发水分散型聚合物产
13、品及其应用技术具有深远的理论意义和广阔的市场前景。1 文献综述1.1聚丙烯酰胺简介丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物统称为聚丙烯酰胺。工业把含有50%以上AM单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺（PAM）。PAM最早于1893年在实验室中制得。1954年首先在美国实现工业化生产，开始时产品品种较为单一，仅为非离子的PAM。不久又开发出了阴离子型的PAM和阳离子型的PAM。聚丙烯酰胺及其衍生物具有优良的沉降促进、过滤促进、澄清净化、增稠等作用，其良好的水溶性使其在国内外倍受青睐，也使其成为目前世界上应用最广、效用最高的有机高分子絮凝剂。1.1.1 聚丙烯酰胺的结构和性能PAM作为一种线型高分子，最基本的结构特点是1：（1）结构单元中含有酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性和较高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的改性衍生物。（2）分子链具有柔顺性和分子形状（即构象）的易变性。如分子量为710万的PAM，其分子链伸直后的长径比高达105，相当于直径1mm、长100m的细丝。可以想象，这样大长径比的柔性分子链是极易卷曲的，分子链之间也容易发生缠结。这些结构特点赋予PAM许多宝贵的应用性能，如：高
