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本论文从分子设计的角度出发,首次采用阴离子引发合成聚醚预聚体,再用浓硫酸磺化制备磺酸聚醚,合成了一类磺酸聚醚型高分子表面活性剂,包括不同分子量及不同磺化度的均聚磺酸聚醚、不同组成及不同磺化度的共聚磺酸聚醚,重点考察了磺酸聚醚分子量、组成及磺化度对聚合物性能的影响,并与工业用减水剂进行了比较。
1 单体的精制及表征
采用减压蒸馏的方法,精制了缩水甘油苯基醚(PGE)和缩水甘油正丁基醚(BGE)单体,用核磁对单体进行了表征。
2 磺酸聚醚的合成与表征
以正丁基锂引发聚合缩水甘油苯基醚和缩水甘油正丁基醚,得到一系列不同分子量和组成的均聚和共聚聚醚。采用浓硫酸直接磺化聚醚预聚体,得到了均聚和共聚磺酸聚醚。通过 VPO、红外、核磁对聚合物结构进行了表征,重点探讨了催化剂的用量对聚合物分子量和聚合物产率的影响,浓硫酸用量对磺化度的影响,聚醚预聚体苯环上邻、对、间位的磺化反应活性以及共聚单体投料比对共聚物组成的影响。结果表明:通过改变引发剂用量、硫酸用量以及共聚单体的比例可以有效地控制磺酸聚醚的结构。
3 磺酸聚醚结构与性能之间的关系
①.固体磺酸聚醚TG分析均聚和共聚磺酸聚醚的 TG 分析表明,磺酸聚醚具有良好的热稳定性,T<,10%>均在250℃以上,分子中-SO<,3><->基团含量减少和BGE单元含量的减少使热稳定性增加。
②.磺酸聚醚水溶液的动态表面张力研究磺酸聚醚表现出强的表面张力时间效应,这与其分子量大、在溶液中构象复杂有关。对同一磺酸聚醚,溶液浓度、添加无机盐含量增大均使动态表面活性增加,用Rosen经验方程和Word-Tordai方程能很好的描述DST的变化规律;对不同结构磺酸聚醚,随分子中疏水结构单元含量的增加、-SO<,3><->基团含量的减少,动态表面活性增加。
③.磺酸聚醚水溶液的CMC及表面张力研究对均聚和共聚磺酸聚醚,cmc 及表面张力均随分子中-SO<,3><->基团含量增加而增大;对均聚聚醚,分子量可以有效的改变磺酸聚醚的 cmc 和表面张力;BGE单元的引入均使cmc 及表面张力减小,且BGE的比例越高,这种影响越明显,当BGE单元含量增加到一定程度后,cmc 及表面张力显著下降。
④.溶解、泡沫、分散性能磺酸聚醚在水中的溶解性能良好;其水溶液的起泡性和泡沫稳定性均较差,对共聚磺酸聚醚,随着分子中-SO<,3><->基团含量减少、BGE单元含量增加,起泡性和泡沫稳定性均增强;其对钙皂的分散能力比C<,12>LAS差,但分散稳定性要强得多,对均聚磺酸聚醚随着磺化度和分子量的增加,分散性能逐渐增强。对于共聚磺酸聚醚,BGE单元含量增加以及磺化度的提高,都使分散性能逐渐增强。
⑤.与工业用减水剂的比较比较了磺酸聚醚与萘系(NFS)及聚羧酸系(PC)减水剂的溶液表面性能,结果表明磺酸聚醚型高分子表面活性剂具有良好的表面性能,是一类具有开发应用前景的新型功能高分子。