两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究：
两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究以丙烯酰胺（AM)二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC)丙烯酸（AA)为单体，用溶液共聚法制备两性聚丙 烯酰胺（AMPAM)研究了反应条件对两性聚丙烯酰胺分子量及絮凝性能的影响。结果表明，采用^^OfNaHa^ (质量比1 :1)氧化还原复合引发体系，引发剂用量为0 88%，单体用量为24 5%聚合温度为55 °C，溶液pH值为 6单体摩尔比为n(AM) :n(DMDAAC) :n(AA)= 1 :0 3 :0 5聚合时间为4 h得到的产品综合性能最佳，且具有良 好的絮凝脱色效果。
两性聚丙烯酰胺是一种人工合成的多功能高分 子聚电解质。它的分子结构较为独特，具有特殊的 性质。其阴离子基团通常有羧基、硫酸基或磷酸基， 阳离子基团通常有季铵盐基、吡啶嗡离子基或喹啉 嗡离子基。阴离子基团可以通过酰胺基水解制得， 也可以通过酰胺基的反应接枝聚合，阳离子基团一 般是通过接枝获得，也可以通过酸胺基团的反应活 性接枝聚合上去。两性聚丙烯酰胺因其独特的化学 结构而导致的独特性质，使其在石油开采、污水处 理、造纸助剂等方面具有广泛应用前景，研究和开发 两性型聚丙烯酰胺对污水处理和环境保护有着极其 重要的意义|1]。
i实验部分 11试剂与仪器
二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC)、无水乙醇 均为工业级;丙烯酰胺（AM)、丙烯酸（AA)、无水亚 硫酸氢钠、过硫酸钾均为分析纯;皂土、亚甲基蓝均 为化学纯。
DK48型电加热恒温水浴锅；DTG160精密电 子天平；HI93703浊度仪；752型紫外可见分光光
度计。
1 2两性聚丙烯酰胺的制备方法
在广口瓶中，将一定摩尔比的二甲基二烯丙基 氯化铵、丙烯酰胺和丙烯酸溶解，再加入过硫酸钾和
亚硫酸氢钠复合引发剂（0. 04 g/ri质量配比为 1:1)不断搅拌，两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究，使物料混合均匀。反应温度控制 在55 反应时间为4 hpH = 6得到粘稠胶状聚 合物。取出并用无水乙醇洗涤，然后烘干，粉碎，得 到两性聚丙烯酰胺（AMPAM)。
1 3分析方法
1 . 1相对分子质量的测定在25 °C下，以蒸馏 水作溶剂，用乌氏粘度计测得AMPAM的特性粘度 [n]，按式（1)计算共聚物的相对分子量121。
Mn=8〇2[ n]125(1)
式中Mn粘均相对分子质量；
[n]—特性粘度；
802和1. 25——经验常数。
1.2阳离子度的测定莫尔法|31。
1.3阴离子度的测定盐酸滴定法141。
14絮凝实验
选用100 mg/L皂土浊液作为模拟水样，浊度为 30 18mg/L在250mL的烧杯中加入200mL浊
液，加入一定量的0 05%的两性聚丙烯酰胺溶液， 快速搅拌1 min缓慢搅拌10 min然后静置15 min 后，取上清液测定剩余浊度。用式（2)计算浊度去 除率S
—B
S=—K100%(2)
B0
式中 S—去浊率，％;
B。一模拟水样的初始浊度；
B—模拟水样的剩余浊度。
15脱色实验
选用10 mg几的亚甲基蓝染料液模拟印染废 水，两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究，初始吸光度为1. 805在200 mL烧杯中加入 100 mL的亚甲基蓝染料液，加入一定量的0 05%的 两性聚丙烯酰胺溶液，快速搅拌1 m n缓慢搅拌 5mn静置15 mfa后，取上清液测其剩余吸光度。 用式（3)计算色度去除率D
D ==A—Ax 100%
A0(3)
式中 D一脱色率，％;
A—模拟印染废水的初始吸光度；
A-一模拟印染废水的剩余吸光度。
2结果与讨论
2 1两性聚丙烯酰胺的合成
2 1. 1单体用量的影响固定其他实验条件不变， 考察单体质量分数对聚合物相对分子量的影响，结 果见图1
图1单体用量对相对分子量的影响 Fig 1 Effectofmoncmerdosage on Ihe relative molecular weight
由图1可知，单体用量的増加可使反应速率变 大，聚合周期变短，有利于提高聚合物相对分子量。 但是单体用量増加到一定程度时，过量的单体较难 参加聚合，甚至出现交联，导致聚合物相对分子量下 降。单体用量以20% ~25%为宜。
2 1. 2引发剂用量的影响图2为固定NHS〇3 和K2S〇8质量比为1 :1条件下，引发剂用量与聚合 相对分子量的关系。
图2引发剂用量对相对分子量的影响 Fig 2 Effect of initiator dosage on the relative molecular weight
由图2可知，按自由基聚合规律，其他条件不 变，引发剂用量増加，体系中的自由基浓度増加，引 发速率加快，提高引发剂用量有利于提高聚合物相 对分子量。但是引发剂用量増加到一定程度后，若 继续増大，会导致反应热不易散开，致使分子链断 裂，相对分子量降低。由图2可知，引发剂的质量分 数以0 88%为宜。
2 1. 3反应温度的影响温度对聚合物相对分子 量的影响见图3
图3反应温度对相对分子量的影响 Fjg 3 Effect of the reaction tan peratuiB cn Ihe relative molecular weight
由图3可知，随着反应温度的升高，链引发和链 増长速率常数増大，两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究，有利于聚合物相对分子量的増 大。但是继续升高温度，链转移和链终止速率常数 也随之増大，反应速率过快使聚合物相对分子量反 而减小。因此，控制温度在55 °C左右。
2 1. 4 pH值的影响在聚合反应过程中，用盐酸 或氢氧化钠调节pH值，介质的pH值影响反应和聚 合物的结构性质。较低pH之下，引发剂半衰期减 小，活性中心増多，同时聚合易发生分子内和分子间 的亚胺基化反应，形成支链或交联型产物；在较高 pH值下，单体分子或聚合物变成含有羧基的共聚
表1合成两性聚丙烯物。
pH值从4 ~ 6范围内，随着pH值 的増加，聚合物相对分子量増加较快；pH值超过6 后，聚合物相对分子量缓慢下降。因此，pH值控制 在6左右。
2 1. 5单体摩尔比的影响单体摩尔配比实验表 明，丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵丙烯酸(物质 量比）=1 0 3 0 5时，所得产品相对分子量最大。
2 1. 6正交实验将温度、pH、引发剂用量、单体 配比按4因素3水平做正交实验，以聚合物特性粘 度为评判指标，结果见表1
Tab le 1 0 rthogonal test results of synthesis of AM PAM
序号温度八pH引发剂用量/%n(AM) :n(DMDAAC) :n(AA)/摩尔比特性粘度
15040.881 =0 4 :0 661. 783
25051.11 =0 3 :0 5109 86
35061 .541 ： 3 :0 4519 04
45541.11 ： 3 :0 4140 25
55551 .541 ： 4 :0 630 542
65560.881 ： 3 :0 51 283
76041 .541 ： 3 :0 529 163
86050.881 ： 3 :0 492 56
96061.11 ： 4 :0 6947. 85
I690 68231.201 437. 341 040 18
II1 453.79232.961 197. 961 422 02
III1 069.572 749.8957& 75751 85
I /3230.2377.07479. 11346 73
I /3484.6077.65399. 32474 01
I /3356.52916.63192 92250 62
R254.37839.56286 20223 39
正交实验L,(34)结果
7570 %/#««
由表1可知，合成AM/DMDAAC/AA型两性聚 丙烯酰胺的最佳条件是:温度55 t pH= 6引发剂 用量为0 88%,单体摩尔比为1 :0 3 :0 5影响合 成聚丙烯酰胺特性粘度因素强度次序为：pH 3引发 剂用量3温度3单体摩尔比。
2 2絮凝实验
用合成两性聚丙烯酰胺的最佳条件（即序号6) 制得的产品进行絮凝实验，结果见图5
00.40.81.21.6
添加量/mL
图5两性聚丙烯酰胺添加量对去浊率的影响 Fig 5 Effectof 1he content of AM PAM on tiemuddy IH1B
由图5可知，两性聚丙烯酰胺存在一个最佳的 投加量，这是有机高分子絮凝剂的一般规律，是电性 中和与吸附架桥两种作用的结果。絮凝剂用量太 少，不能形成絮团或絮凝效果不好;用量太大，凝聚 复合物胶粒则被过多的絮凝剂包围，反而使粒子带 电荷而稳定，起到分散作用。两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究，0 5 mL的0 05% AMPAM的絮凝效果最好，即最佳的投加量为 L 25 mg/L 2 3脱色实验
用合成两性聚丙烯酰胺的最佳条件（即序号6) 制得的产品进行脱色实验，两性聚丙烯酰胺添加量 对色度的去除率的影响见图6
图6两性聚丙烯酰胺的添加量对脱色率的影响 Fg 6 Effect of the content cf AMPAM cn he decolorizing rale
由图6可知，随着投加量的増加，脱色率増加较 快;但再继续投加絮凝剂，两性聚丙烯酰胺的制备及应用研究，脱色率仍缓慢地増加。
3结论
(1)用水溶液法合成两性聚丙烯酰胺的最佳工 艺条件为:丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯 酸的单体摩尔比为1 :0 3 ： 5反应温度55 °C，pH =6引发剂用量为0 88%,反应时间为4 h得到 最佳产品的相对分子量达616万，阳离子度为 5 656%,阴离子度达20 71%。
(2)对模拟污水和模拟印染废水进行絮凝和脱 色实验，结果说明适量的投加量有利于达到较好的 去浊和脱色的目的，且处理成本低。
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