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分散聚合在制备具有很窄粒径分布微米大小的粒子方面具有突出的优点,分散聚合方法制备出的PAM乳液具有易干燥、易溶解的优点,且分散介质是水溶性的,从而可广泛地应用于对油含量要求很低的领域。
本文在乙醇/水介质中、使用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作稳定剂、通过使用过硫酸钾(KPS)/亚硫酸氢钠(SB)氧化还原引发体系成功的进行了丙烯酰胺(AM)的分散均聚合及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)存在下AM的分散聚合反应研究。考查了引发剂中氧化剂KPS、单体AM、稳定剂PVP浓度,反应温度,介质组成及搅拌速度对两体系反应转化率、生成粒子粒径、生成聚合物分子量的影响,并对分散聚合反应动力学进行了初步探讨。通过溴化法测定聚合反应转化率,通过膨胀计法测定聚合反应的动力学曲线,按照国家标准通过黏度法测定聚合产物的分子量,通过动态光散射法测量制得的聚丙烯酰胺分散液粒子的粒径大小及其分布,通过透射电子显微镜对反应生成粒子的形态进行检测。
发现反应转化率随着单体及引发剂用量、反应温度、介质中水含量的增加,稳定剂用量的降低而增加;生成粒子的粒径随着单体及引发剂用量、反应温度、介质中水含量的增加而增加,而随着稳定剂浓度的增加,粒子粒径在随之减小到一定程度后,在稳定剂浓度比较大时,生成的粒子粒径较大;生成聚合物分子量随着引发剂浓度、反应温度的减小而增加,随着单体浓度、介质溶解度参数即介质中水含量的增加而增加,随着稳定剂用量的增加,先增大到一定程度后减小。
加入交联剂的体系生成的粒子粒径较未加入交联剂的体系得到的要小,这可能是由于交联剂的存在使得聚合物在介质中临界链长变短,沉淀出来的聚合物链也随之变短,从而导致生成的聚合物粒子粒径较小,且由于交联剂的存在,这些粒子在介质中的溶胀程度变小。
加入交联剂的体系得到的聚合物的分子量较未加入交联剂的体系得到的要略大一些,这可能是由于交联剂存在下得到的粒子粒径普遍较小,较小的粒子能很容易的从介质中捕获短链自由基,从而导致生成聚合物分子量较高。
对两体系动力学的研究发现随着介质水醇比的增大,聚合速率逐渐增大。两体系的动力学方程分别为Rp∝[I]0.350[AM]0.306[PVP]-0.296和Rp∝[I]0.375[AM]0.359[PVP]0.336,反应的活化能分别为37.06kJ/mol和39.90kJ/mol。加入交联剂体系的反应活化能略高于未加入交联剂体系的活化能。可能是交联剂的存在使得聚合物粒子在介质中的溶胀程度变小,粒子相中的溶剂通道也随之受到影响,使得单体想要通过粒子中的溶剂通道进入粒子相以维持固相聚合反应变得较为困难所致。