功能型聚丙烯酰胺（PAM）是當今材料領(lǐng)域的研究熱點之一。兩性聚丙烯酰胺（AmPAM）屬于一種典型的兩性聚電解質(zhì),因具有特殊的性能而備受關(guān)注。水分散聚合是當今水溶性高分子領(lǐng)域的最新技術(shù),聚合反應可在溫和條件下進行,同時避免了有機溶劑的二次污染問題。本文以丙烯酰胺（AM）為主要原料,丙烯酸（AA）為陰離子單體,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）為陽離子單體,以硫酸銨為相分離劑,DMC均聚物為分散穩(wěn)定劑,以2,2-偶氮雙（2-甲基丙脒）鹽酸鹽（V-50）為引發(fā)劑,采用分散聚合技術(shù)合成了同時具有陰、陽離子基團的兩性聚丙烯酰胺。探討了硫酸銨濃度、穩(wěn)定劑濃度、穩(wěn)定劑分子量、單體濃度、單體類型、引發(fā)劑濃度、氯化鈉濃度、離子度、pH值和溫度對分散聚合過程的影響,通過核磁共振氫譜、元素分析等分析手段對聚合物的分子結(jié)構(gòu)進行了表征。在制備工藝中引入種子分散聚合技術(shù),獲得了高活性物含量的兩性聚丙烯酰胺水分散體系。借助于兩性聚合物特性粘數(shù)、分子量的表征,優(yōu)化了相應的計算公式,并對分散聚合反應動力學進行了研究。利用HAAKE流變儀、RheolabQC粘度計等手段,研究了兩性聚丙烯酰胺分散體系的稀釋溶脹性,并與陰、陽離子型聚丙烯酰胺分散體系進行比較。此外,本文對兩性聚丙烯酰胺的應用性能及作用機理進行了分析和探討。以硫酸銨水溶液為反應介質(zhì),可以獲得穩(wěn)定性良好、特性粘數(shù)較高的兩性聚合物分散體系。隨著硫酸銨濃度增加、pH值的增加或引發(fā)溫度的提高,聚合物特性粘數(shù)先增大,然后降低。隨著分散劑濃度的降低、單體濃度的增加、引發(fā)劑用量的降低和離子度的增加,聚合物特性粘數(shù)逐漸升高。同時分散體系的表觀粘度和分散體粒徑也受各因素的影響較大。最佳反應條件為:硫酸銨濃度28～33%、分散劑用量為0.46g·g-1、PDMC分子量為1.33-2.90×106、單體濃度10%、引發(fā)劑用量400mg·Kg-1、氯化鈉濃度1%、pH值為5-6和溫度50-60℃。核磁共振氫譜和元素分析數(shù)據(jù)表明,所合成的聚合物中各單體的比例與原料比例相近。一點法中計算的兩性聚合物的特性粘數(shù)和分子量的公式分別為:采用種子分散聚合工藝,反應過程的Weissenberg效應減弱,易于控制,可獲得高聚合物含量的分散體系。當分散體系中含有單體時,這些單體可通過粒子的溶劑通道進入粒子內(nèi)部,使粒徑增加,分散體系的粘度上升。硫酸銨濃度對分散體系有很大影響,主要是由于聚合物的溶解性與硫酸銨的濃度密切相關(guān)。由于所用分散劑分子中離子基團性質(zhì)的不同,陰離子型聚合物體系的溶脹程度比陽離子型和兩性聚合物體系低。兩性聚合物體系與離子型體系的溶脹性也有區(qū)別,主要是由于聚合物分子鏈上帶電量不同,造成粒子總體的帶電量不同。采用同濃度的鹽溶液稀釋兩性聚丙烯酰胺分散體系,在偏高或偏低的聚合物濃度下,樣品體系為剪切變稀型流體;而分散體系被稀釋至溶脹濃度時,體系呈現(xiàn)剪切稠化的現(xiàn)象。20%硫酸銨溶液稀釋兩性聚丙烯酰胺分散體系,體系的粘度先是迅速增加,然后逐漸降低。在被20%的硫酸銨溶液稀釋時,由于硫酸銨與聚合物分子的作用不同,兩性聚丙烯酰胺分散體系表現(xiàn)出的溶脹性與陽離子型聚丙烯酰胺體系有明顯的不同。兩性聚丙烯酰胺用作污水絮凝劑或污泥脫水劑時效果良好,產(chǎn)品性能比離子型聚丙烯酰胺高。
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