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可聚合的表活性单体(Surfmer)是一种功能性表面活性剂,其特点为分子结构中同时具有亲水和疏水的基团,且含有可聚合的双键。这种分子的结构特点赋予了它们独特的物理化学性质,具有重要的理论和应用价值。本论文设计并合成了一系列新型含有苄基的季铵阳离子型可聚合表活性单体(N-甲基丙烯酰氧乙氧基-N,N-二甲基-N-(4-R)-苄基氯化铵,缩写为QARBC),并研究了表活性单体QARBC性质及其在聚合领域的应用。
1.设计并合成了一系列新型含有苄基的季铵阳离子型可聚合表活性单体(QARBC),并对其结构进行了表征鉴定,测定了其在水溶液中的表面活性。实验结果表明,表活性QARBC单体具有表面活性,在水溶液中达到一定浓度后聚集形成胶束,对油溶性染料具有一定的增溶能力。
2.研究了表活性单体QARBC与丙烯酰胺(AM)在水溶液中的共聚合行为。表活性单体QARBC在浓度cmc之上和之下时与AM共聚合按照不同的聚合机理进行。当浓度小于cmc时,表活性单体QARBC主要以单分子的形式存在于溶液中,与AM共聚合类似普通的水溶液聚合,竞聚率r2<1,表活性单体QARBC在共聚物主链上倾向于无规分布。当浓度大于cmc时,表活性单体QARBC主要以胶束的形式存在于水溶液中,与AM共聚合时,类似于胶束聚合,竞聚率r2>1,表活性单体QARBC在共聚物主链上呈微嵌段结构分布。在相同的聚合反应条件下,五种表活性单体的竞聚率存在区别,其主要因为是R取代基的空间位阻不同。随着R取代(H,CH3,CH(CH3)2,C(CH3)3,C6H5)基体积的逐渐增大,表活性单体QARBC的竞聚率表现出略有降低的趋势。根据表活性单体QARBC的竞聚率,利用公式Alfrey-Price估算了这一系列表活性单体QARBC的Q,e值。
3.研究了表活性单体QARBC改性的丙烯酰胺共聚物P(AM-co-QARBC)的疏水缔合性能,并同时对其微嵌段结构进行了分析。在固定聚合反应条件下,分别在表活性单体QARBC的cmc之上和之下制备了一系列表活性单体QARBC改性的丙烯酰胺共聚物P(AM-co-QAKBC)。利用芘探针和共聚物水溶液的表观粘度确定了两类共聚物的临界缔合浓度。实验结果表明在表活性单体QARBC的cmc之上合成的丙烯酰胺共聚物P(AM-co-QARBC)的临界缔合浓度比较低,具有较强的疏水缔合性能。分别利用13CNMR、DSC和荧光光谱分析了表活性单体改性QARBC的丙烯酰胺共聚物P(AM-co-QARBC)的微观结构。实验结果证明了微嵌段结构的存在,进一步验证了共聚合反应机理:表活性单体QARBC浓度大于cmc时,与AM共聚合制备的共聚物P(AM-co-QABC)具有微嵌段结构；具有微嵌段结构的共聚物P(AM-co-QARBC)在水溶液中随着共聚物浓度的增加,由于强的疏水缔合作用,荧光发射光谱在长波方向(约400nm)出现了苯环的激基缔合物的特征峰。
4.研究了表活性单体QARBC改性的阳离子型丙烯酰胺三元共聚物的絮凝性能。采用普通溶液共聚合方法合成了一系列表活性单体QARBC改性的阳离子型丙烯酰胺三元共聚物P(AM-DMC-QARBC)。通过对高岭土模拟污水体系的絮凝实验和对日落黄染料体系的脱色实验表明,表活性单体QARBC改性的阳离子型丙烯酰胺三元共聚物P(AM-DMC-QARBC),与普通的阳离子型丙烯酰胺共聚物P(AM-DMC)相比体现出很好的絮凝性能,表活性单体QARBC的引入改善了阳离子型丙烯酰胺三元共聚物P(AM-DMC-QARBC)对高岭土的絮凝效果,提高了对阴离子染料日落黄的脱除率。这一系列阳离子型可聚合表活性单体QARBC为发展新型的高性能高分子絮凝剂提供了新的选择。