两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备及其脱色性能：

两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备及其脱色性能，随着纺织印染工业的不断发展，含水溶性染料 的有色废水日益增加。由于此类染料废水颜色深、 理化性质复杂、难于降解，因而对环境造成了较为 严重的污染。20世纪以来，国内外均在不断研究开 发新型、高效、环保的脱色絮凝剂，其中有机高分子 类絮凝剂备受关注11-3。两性聚丙烯酰胺是一种水 溶性的有机高分子，其大分子链上同时带有正、负 两种电荷基团。与单性的聚电解质性质截然不同， 它表现出明显的等电点性和反聚电解质效应，这一 独特的性质使其具有广泛的应用前景[4。近几年 来，两性聚丙烯酰胺在水处理行业得到了较大程度 的应用。

反相乳液聚合是将单体水溶液乳化于含乳化 剂的油相中，形成油包水型乳液，经引发而进行的 聚合。由于此反应具有易散热、聚合速率大、固含 量高且溶解速率快等优点，受到国内外高分子研究 领域学者的重视S。2 -丙烯酰胺基-2 -甲基丙 磺酸（AMPS)是一种良好的阴离子聚合单体，两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备及其脱色性能，近年来也备受关注6 ,但其引入方式通常采用水溶液聚 合，通过反相乳液聚合的报道很少。

本工作以AMPS和丙烯酰胺（AM)为单体，通 过反相乳液聚合制备了阴离子聚丙烯酰胺&]。再 通过Mannich反应制得两性聚丙烯酰胺。该 反应过程操作简便，条件温和，容易控制，制备成本 低。将制得的两性聚丙烯酰胺产品直接用于碱性 品红溶液的脱色实验,考察了其对碱性品红溶液的 脱色效果。

1实验部分

1.1试剂和仪器：

AM和AMPS为工业纯;其他试剂均为分析纯。 Avatar 3600 型 FTIR 仪：美国 Thermo Nicolet

公司；TU -1901型双光束可见分光光度计：北京普 析通用仪器有限责任公司；PHS -2C型pH计：上海

第二分析仪器厂。

1.2阴离子聚丙烯酰胺反相乳液的制备

在装有机械搅拌、温度计和氮气进出口的四口 瓶中，依次加入300 g质量分数为42. 5%的AM水 溶液、30 g山梨醇酐单硬脂酸酯和7. 5 g壬基苯聚 氧乙烯醚。搅拌均匀后加入一定量的AMPS,按照 n(AMPS) : n(NaOH) =1加入质量分数为40%的 NaOH溶液，再加入350 mL环己烷。在温度为 30 °C、氮气保护的条件下搅拌反应30 min。加入 0.003 g过硫酸铵和0. 003 g亚硫酸氢钠作为引发 剂，于60 C下保温反应4 h,制得阴离子聚丙烯酰胺 反相乳液。

1.3两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备

在反应温度为20 ~ 25 °C、搅拌条件下，按照 n(多聚甲醛）：n(二甲胺）=1 : 1.2向质量分数为 33%的二甲胺水溶液中加入一定量多聚甲醛粉末, 待其完全溶解后，按照m(多聚甲醛）：m(焦亚硫酸 钠）=20 : 3加入一定量焦亚硫酸钠作稳定剂，制得 微黄色的阳离子剂,备用。

在搅拌条件下，向阴离子聚丙烯酰胺反相乳液 中滴加入一定量的阳离子剂，控制滴加温度为15 ~ 20 C,滴加完毕后升温至45 C,反应4 h,制得黏稠 状叔胺型两性聚丙烯酰胺反相乳液。

1.4脱色实验

向100 mL质量浓度为50 mg/L的碱性品红溶 液中加入一定量的两性聚丙烯酰胺反相乳液，先快 速搅拌2 min,后慢速搅拌5 min,停止搅拌静置 30 min后取上清液进行分析。

h 5分析方法

采用FTIR仪测定产物结构612。在波长为 200 ~800 nm处进行紫外扫描，测定碱性品红在最 大吸收波长处的吸光度，计算碱性品红溶液质量浓 度，从而计算脱色率。

2结果与讨论

2.1聚合物的结构表征

在 n(AMPS) : n(AM) =0.2、n(多聚甲醛）： n(阴离子聚丙烯酰胺）=0.5的条件下，制得的阴离 子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺的FTIR谱图见图 1,FTIR谱图分析见表1。由图1和表1可见，所制 得的两性聚丙烯酰胺具有叔胺盐酸盐的多重谱带, 由此表明阳离子基团被成功引入。最终产物分子中 具有阳离子基团一N (CH3) 2及阴离子基团一SO^Na, 证明该产物为两性聚丙烯酰胺。

 

图1阴离子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺的FTIR谱图 a阴离子聚丙烯酰胺；b两性聚丙烯酰胺

表1 FTIR谱图分析

波数/cm-1官能团归属

927,1 037一SOgNaO =S =O的伸缩振动峰

1 666一 CONH2羰基的吸收峰

1 548一CONH—羰基的吸收峰

2 341一N (CH3) 2叔胺盐酸盐的多重谱带[13]

3 425一 CONH2氨基的伸缩振动峰[12]

2.2 n (AMPS) : n (AM)对脱色率的影响

两性聚丙烯酰胺的脱色机理与染料的结构有 很大关系，对于不同结构的染料，两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备及其脱色性能，脱色机理不同。 碱性品红是一种水溶性染料，脱色的主要原因可能 是两性聚丙烯酰胺链上的酰胺基与碱性品红的氨 基产生氢键吸附，聚合物中的阴离子基团和碱性品 红的阳离子基团形成离子键，从而使产物不溶于

水，彼此聚集，发生沉降，达到脱色的目的M。

在n(多聚甲醛）：n (阴离子聚丙烯酰胺）= 0. 5、两性聚丙烯酰胺反相乳液加入量为600 mg/L 的条件下,n (AMPS) : n (AM)对脱色率的影响见图 2。由图2可见：在溶液pH分别为5,7,9的条件 下，当n(AMPS) : n(AM) =0(即为阳离子聚丙烯 酰胺）时，脱色率最小，分别为9. 2%、65. 4%和 62.8%;当 n(AMPS) : n(AM) =0. 2 时，脱色率最 大,分别是80. 6%、3. 9%和89. 8%。这说明两性 聚丙烯酰胺反相乳液的脱色效果优于阳离子聚丙 烯酰胺。由图2还可见，随n (AMPS): n (AM)的 增加，脱色率先增大后减小。这是由于当溶液中碱 性品红离子上的3个氨基基团和AMPS的磺酸基 “饱和匹配”后，不可能再提供可参与形成氢键和静 电作用的基团，脱色率就不会继续增加M。当 AMPS的含量进一步增加，会有少量两性聚合物残 留在碱性品红溶液中，不易实现固液分离，因此脱 色率还会下降16。 烯酰胺）为0.5 ~1时，脱色率增加缓慢。这表明随 n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）的增大，聚合 物的酰胺基团与碱性品红的氨基之间的氢键吸附 增强，脱色率随之增加；当聚合物对染料分子的吸 附趋于饱和后，脱色率增加的趋势减缓。因此考虑 经济原因，实验选择n (多聚甲醛）：n (阴离子聚丙 烯酰胺）=0.5。

1001

 

00.250.500.751.00

多聚甲K) : fl(RI商子聚丙烯纖）

图3 n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）对脱色率的影响 溶液 pH: • 5； ■ 7； ▲ 9

 

6040

 

00.10.20.3

n(AMPS) : n(AM)

图2 n(AMPS) : n(AM)对脱色率的影响 溶液 pH: • 5； ■ 7； ▲ 9

2.3 n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）对脱色 率的影响

在n(AMPS) : n(AM) =0.2、两性聚丙烯酰胺 反相乳液加入量为600 mg/L的条件下,n(多聚甲 醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）对脱色率的影响见图 3。由图3可见：在溶液pH分别为5, 7, 9的条件 下，当n (多聚甲醛）：n (阴离子聚丙烯酰胺）=0(即 为阴离子聚丙烯酰胺）时，脱色率最小，分别为 19.2%、30.0%和55.1%;当几（多聚甲醛）：几（阴离 子聚丙烯酰胺）=1时，脱色率最大,分别是92.6%、 94.9%和91. 8%。这说明两性聚丙烯酰胺反相乳 液的脱色效果优于阴离子聚丙烯酰胺。由图3还可 见:n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）为0~0.5 时，脱色率增加明显;n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙 2.4两性聚丙烯酰胺反相乳液加入量对脱色率的 影响

在 n(AMPS) : n(AM) =0.2、n(多聚甲醛）： 两性聚丙烯酰胺反相乳液的制备及其脱色性能，n(阴离子聚丙烯酰胺）=0.5、溶液pH为9的条件 下，两性聚丙烯酰胺反相乳液加入量对脱色率的影 响见图4。由图4可见：当两性聚丙烯酰胺反相乳 液加入量为600 mg/L时，脱色率达89.6% ;继续增 加两性聚丙烯酰胺反相乳液加入量，脱色率变化 不大。

 

3结论

以AMPS和AM为单体,通过反相乳液聚合制 备了阴离子聚丙烯酰胺,再通过Mannich反应制得 两性聚丙烯酰胺。在n (AMPS) : n (AM) =0. 2n(多聚甲醛）：n(阴离子聚丙烯酰胺）=0.5、溶液 pH为9、两性聚丙烯酰胺反相乳液加入量为600 mg/L的条件下，碱性品红溶液脱色率为89. 6%。 实验结果表明，采用两性聚丙烯酰胺反相乳液对碱 性品红溶液进行脱色的效果优于阳离子聚丙烯酰 胺和阴离子聚丙烯酰胺反相乳液。

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