具有磺酸鹽結(jié)構(gòu)的疏水締合水溶性共聚物的制備與性能研究.pdf

1、聚丙烯酰胺是一種用途廣泛的水溶性高分子，但該聚合物在抗鹽抗溫性能及抗剪切能力比較差，在一定程度上限制了聚合物的應(yīng)用，解決這些問題的途徑有：增加聚合物用量和提高聚合物分子量，增加用量即意味著增加成本，而提高聚合物分子量又面臨著技術(shù)及工藝極限的難題。在聚合物分子中引入某種締合或者微交聯(lián)結(jié)構(gòu)并提高其性能才是提高聚合物水溶液粘度及耐溫抗鹽性的有效途徑。 本文合成的是帶有磺酸鹽結(jié)構(gòu)的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、常見的聚合單

2、體丙烯酰胺(AM)和三種特點(diǎn)各異的疏水單體合成了陰離子型疏水締合共聚物。選用AMPS的目的在于引入具有支鏈構(gòu)型的強(qiáng)極性陰離子單體，支鏈構(gòu)型具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的陰離子性基團(tuán)，一方面可以增強(qiáng)鏈段剛性及提高抵御外界離子侵襲的能力，提高聚合物的穩(wěn)定性，另一方面在強(qiáng)化聚合物的水化作用的同時又可改善聚合物的水溶性；三種疏水單體分別是α-甲基苯乙烯(α-MSt)、α-甲基丙烯酸十八醇酯(α-MOcA)和全氟己氧基乙基甲基丙烯酸酯(PFHEMA)，選擇α-

3、甲基苯乙烯是因?yàn)樗兄粋€苯環(huán)，這就增加了聚合物鏈的剛性，使聚合物的抗溫性能得到了提高，而α-甲基丙烯酸十八醇酯的使用是因?yàn)樗兄荛L的碳鏈，碳數(shù)目的增加對提高聚合物的抗溫抗鹽性能也好，第三種單體是全氟己氧基乙基甲基丙烯酸酯這種含氟單體，因?yàn)镃-F鍵內(nèi)聚力小，與極性分子的作用力強(qiáng)，并且氟原子有很大的電負(fù)性，鍵能大，鍵距短，分子鏈不易發(fā)生斷裂，大大提高了其聚合物的穩(wěn)定性。 本文采用乳液聚合的方法合成了三種不同的陰離子型疏水締合聚合

4、物，固定了α-甲基苯乙烯(α-MSt)、α-甲基丙烯酸十八醇酯(α-MOcA)和全氟己氧基乙基甲基丙烯酸酯(PFHEMA)三種疏水單體的比例，通過改變丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的投料比例，在表面活性劑為1.5g和引發(fā)劑的量為0.5g，反應(yīng)溫度70℃的條件下每組分別合成了五個聚合物。采用紅外光譜、元素分析和熱失重分別對三種不同類型的疏水改性水溶性聚合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和熱穩(wěn)定分析，分析得知由三種單體單元合成

5、的所設(shè)計(jì)的聚合物符合其結(jié)構(gòu)，用激光光散射測定了聚合物的分子量。這三種聚合物分子鏈中都引入了結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的磺酸基，大大提高了共聚物的耐鹽和耐熱性能。 對這三種疏水締合聚合物進(jìn)行了表面張力測試，粘度和聚集行為的研究和討論。研究得出鹽的加入有利于降低表面張力，但是聚丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸鈉/α-甲基苯乙烯(AM/AMPSNa/α-MSt)的表面張力從無鹽時的40.39mN/m到相對鹽度較高時的38.0mN/m，說明

6、對鹽不是很敏感；而粘度是隨著濃度的升高是增加的，隨著溫度的升高而降低，其中AM/AMPSNa/α-MSt有著很好的抗溫性能，粘度下降很小，基本上滿足了我們設(shè)計(jì)其聚合物的初衷，隨著剪切時間和剪切速率的增加這三種共聚物的粘度是降低的，隨著鹽的加入先降低后升高。但是值得我們注意的是，雖然在聚丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸鈉/全氟己氧基乙基甲基丙烯酸酯(AM/AMPSNa/PFHEMA)中沒有苯環(huán)，但是它同樣體現(xiàn)出了較好的抗溫性能、

7、抗剪切性能和抗溫性能。通過綜合的分析和比較，AM/AMPSNa/PFHEMA體現(xiàn)出了很好的性能，含氟疏水單體的使用有著很大的實(shí)驗(yàn)研究潛力。 用動態(tài)光散射的實(shí)驗(yàn)研究了三種聚合物稀溶液的聚集行為，考察了溫度、鹽濃度對溶液中的聚合物的動力學(xué)半徑的影響，從實(shí)驗(yàn)中我們可以看出其粒徑的大小隨著本身聚合物濃度、加入電解質(zhì)的種類和濃度、溫度都比較敏感，加入Mg2+、Ca2+之后，聚合物溶液的動力學(xué)半徑都有一個變小，然后變大的過程，隨著溫度的提高