具有溫度敏感性的N-異丙基丙烯酰胺基共聚物的合成與性能研究.pdf

1、本文首次采用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)作為性能調(diào)節(jié)單體，選用具有高反應(yīng)活性的丙烯酰胺(AM)為共聚單體，采用自由基水溶液聚合方法制備出了N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)基溫敏水溶性共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)，并在P(NIPAM-AM—HEMA)結(jié)構(gòu)中引入第四單體丙烯酸鈉(NaAA)，合成了離子型共聚物P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)。采用紅外光譜、核磁共振<'1>H譜對共聚物結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征；研究了聚合反應(yīng)的

2、溫度、時(shí)間、引發(fā)劑濃度、不同單體含量對共聚反應(yīng)產(chǎn)物溶液性能的影響；考察了共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)溶液溫敏性的影響因素，采用熒光光譜分析法、特性粘數(shù)法、差示掃描量熱法以及動(dòng)態(tài)流變測試等手段對共聚物溶液溫敏機(jī)理進(jìn)行了研究；考察了共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)溶液性能，分別研究了共聚物濃度、共聚單體組成、溫度、剪切速率以及表面活性劑(

3、SDBS)對共聚物溶液性能的影響。 研究結(jié)果表明，聚合反應(yīng)條件對產(chǎn)物性能影響較大。隨著反應(yīng)溫度升高，所得聚合物溶液的特性粘數(shù)先升高后下降；隨著引發(fā)劑濃度的增加，溶液表觀粘度下降；當(dāng)AM在共聚單體中的含量增大時(shí)，溶液的表觀粘度升高。不同共聚單體以及單體含量對共聚物溶液低臨界溶解溫度(LCST)均有顯著影響。隨著親水性單體丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元在共聚物P(NIPAM-AM--HEMA)中含量的增加和甲基丙烯酸羥乙酯結(jié)構(gòu)單元在共聚物中含量

4、的減少，共聚物溶液的低臨界溶解溫度也相應(yīng)的增加；當(dāng)在共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)中加入第四單體NaAA后，其低臨界溶解溫度得到顯著提高。不同種類的鹽以及鹽的含量對共聚物水溶液的熱敏性有顯著的影響。隨著NaCl、CaCl<,2>以及Na<,2>SO<,4>濃度的增加，共聚物P(NIAMP-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)溶液的低臨界溶解溫度都降低。鹽對共聚物溶液低臨界溶解溫度的影響既與鹽的陰離子種類有

5、關(guān)，也與陽離子種類有關(guān)，同時(shí)還受聚合物結(jié)構(gòu)的影響，其中Na<'+>的影響比Ca<'2+>的大，SO<,4><'2->的影響比Cl<'->的大，在相同的鹽濃度下，NaCl對共聚物P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)水溶液低臨界溶解溫度的影響比對共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)的顯著。此外，表面活性劑的加入使得溶液的低臨界溶解溫度大幅提高。 共聚物P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)的DSC曲線在升溫過程中出現(xiàn)一個(gè)

6、顯著的吸熱峰，其對應(yīng)溫度與共聚物P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)的低臨界溶解溫度一致，表明在共聚物的低臨界溶解溫度時(shí)，共聚物分子鏈發(fā)生了去溶劑化作用。探針分子芘在共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)水溶液中的第一發(fā)射峰強(qiáng)度I<,1>在低臨界溶解溫度附近出現(xiàn)急劇的升高，表明溫度升高導(dǎo)致共聚物中疏水結(jié)構(gòu)單元的聚集，引起芘探針分子所處環(huán)境的極性下降。在共聚物P(NIPAM-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA

7、)溶液的低臨界溶解溫度附近時(shí)，共聚物稀溶液的特性粘度出現(xiàn)急劇下降，表明在共聚物溶液的低臨界溶解溫度附近，共聚物溶液中的單個(gè)分子鏈出現(xiàn)線團(tuán)的收縮，共聚物分子鏈由溶解狀態(tài)的線團(tuán)狀轉(zhuǎn)變?yōu)樗莸男螒B(tài)。 當(dāng)共聚物濃度較大時(shí)，P(NIPAM-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)溶液在低臨界溶液溫度附近表現(xiàn)出熱增稠性。在締合溫度之下，儲能模量低于損耗模量，隨著溫度的升高，儲能模量在締合溫度附近急劇上升并超過損耗模量。當(dāng)

8、共聚物濃度較低時(shí)，熱增稠效果不明顯；高于某一濃度后，熱增稠效果顯著提高。無機(jī)鹽影響共聚物溶液粘度，P(NIPAM-AM-HEMA)和P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)在所測的溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出鹽增稠效應(yīng)；且P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)只有在締合溫度之上才表現(xiàn)出明顯的鹽增稠效應(yīng)。在低剪切速率下，熱增稠效果更加顯著。在剪切作用下，P(NIPAM-AM-HEMA)及P(NIPAM-AM-HEMA-NaAA)溶液為假塑性流