阳离子化聚丙烯酰胺合成与表征:
阳离子化聚丙烯酰胺合成与表征,阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂在污水处理方面发挥的作用越来越大，阳离子聚丙烯酰胺往往通过曼尼 奇反应以两步法获得。文章在对聚丙烯酰胺进行阳离子化改性过程中，通过单因素优化法确定了一步法投料 方式等最佳反应条件，并通过红外光谱测试其结构并进行了分析。
随着工业的迅速发展，水处理技术越来越受 到人们的关注，阳离子化聚丙烯酰胺合成与表征,阳离子型高分子絮凝剂的应用越 来越广泛[1’2]。阳离子型高分子絮凝剂中以聚丙 烯酰胺(PAM)系列的应用最为广泛，占合成高分 子絮凝剂总量的一半以上[3-6]。
阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成方法主要 有2大类:①聚丙烯酰胺的阳离子改性，如通过 曼尼奇反应得到阳离子型的聚丙烯酰胺;②丙烯 酰胺单体与阳离子单体共聚[7,8]。显然，采用高 分子改性的方法具有成本低、原料易得等优点。
在以往的研究报道中，通常采用两步法获得 阳离子化聚丙烯酰胺，即将甲醛与聚丙烯酰胺首 先反应得到羟甲基聚丙烯酰胺，然后再与聚丙烯 酰胺反应得到最终产物。
本文通过单因素优化法确定了它们的最佳反 应条件，发现一步法反应效果比两步法具有更大 的优越性，而一步法对曼尼奇反应的影响，在以往 的文献报道中并未发现。
最后，用红外光谱对所获得的阳离子化聚丙 烯酰胺的结构进行了分析。
1实验部分
1.1实验原料与仪器
聚丙烯酰胺，中国医药(集团）上海化学试剂 厂;二甲胺溶液，国药集团化学试剂有限公司；甲 醛溶液，广东汕头市西陇化工厂;铬酸钾，广东汕 头市西陇化工厂;硝酸银，上海试剂一厂。以上原 料均为分析纯。
SPECTRUM 2000傅里叶变换光谱仪，美国 PE公司。
1.2反应原理
将羟甲基聚丙烯酰胺和二甲胺反应，或将聚 丙烯酰胺和二甲胺、甲醛反应可生成二甲胺基■， 甲基丙烯酰胺聚合物，其反应式为在季胺化反应中，聚丙烯酰胺被阳离子化
1.3测定产物的阳离子度
阳离子度即为阳离子化了的丙烯酰胺链节在
总的链节数中的百分比，可以通过Cl-的摩尔分 数求得阳离子度。Cl-的摩尔分数可通过莫尔法 测定['其原理为:在中性或微碱性(pH = 6. 6~ 10. 5)条件下，以K2CO4作指示剂，用标准 AgN〇3溶液滴定，反应式如下 Ag+ + Cl- ~AgCl 2Ag+ + Cr〇4Ag2Cr〇4
AgCl溶解度较Ag2&〇4小，首先将生成白 色AgCl沉淀。一旦有砖红色的Ag2Cr〇4沉淀生 成即表示氯离子全部被消耗完毕，滴定达到终点。 以5%K2Cr〇4为指示剂，用标准AgN〇3溶液滴 定其中的氯摩尔分数，从而计算每克化合物中所 含氯的数量。
交联，可提高阳离子度。故一步法较为理想。
2. 1.2反应温度对产物阳离子度的影响
在原料配比和反应时间一定的条件下，采用 一步法投料，考察了不同的反应温度对产物阳离 子度的影响，如图1所示。
图1反应温度对产物阳离子度的影响
从图1可知，在温度低于60 °C时，阳离子度 随反应温度的提高而増大;高于60 °C时，胺化度 随反应温度的升高反而下降。
这是由于当温度高于60 °C时，PAM产物的 水解増多，并且羟甲基PAM间的交联反应加剧， 使胺化度降低。
并且二甲胺在高温下的氧化和聚合物的降解 都会使产物发黄，故反应温度以55 °C为宜。
2. 1. 3反应时间对产物阳离子度的影响
从图2可知，在反应初期，阳离子度随反应时 间延长而提高。但当时间大于2 h后，反应趋于 稳定，再延长反应时间，阳离子度反而会下降。这 是由于长时间处于较高的反应温度下，聚合物水 解和羟甲基间的交联等副反应的加剧所致。故反 应时间以2 h为宜。
2. 1. 4阳离子度与原料配比的关系
在反应温度和反应时间一定的条件下，采用 一步法投料，阳离子化聚丙烯酰胺合成与表征,改变不同的原料配比，分别测量各产 Pub物的阳离子度，如图3所示。
在原料配比和反应温度一定的条件下，通过 改变反应时间，测定了各产物的阳离子度，如图2
所示。
图2反应时间对产物阳离子度的影响
2结果与讨论
2.1反应条件的确定
2. 1.1投料方式对阳离子化反应的影响
对聚丙烯酰胺阳离子化的曼尼奇反应可采用 一步法或两步法进行。两步法指将甲醛和二甲胺 依次加入到PAM中，文献报道中通常采用这种 方法[10]。而一步法是指将甲醛和二甲胺充分混 合后加入PAM中，文献中尚未发现有关于一步 法对曼尼奇反应影响的报道。
对比发现，两步法甲醛和聚丙烯酰胺的反应 及与二甲胺的反应与一步法完全不同。在两步法 中，甲醛与PAM的反应进行得较为困难。即使 甲醛和二甲胺的比例较高也得不到较高的阳离子 度，且产物的刺激性气味较为浓烈，仍残余有大量 的甲醛和二甲胺。并且，由于甲醛与PAM反应 生成的羟甲基PAM容易产生交联使大分子蜷曲 成团，把一NH2基团包裹在里面，也不利于反应 的进行。
而采用一步法，由于二甲胺和甲醛的反应为 放热反应，在室温下即可迅速反应。另外由于体 系中生成的羟甲基pAM较少，抑制了分子间的
图3甲醛AM摩尔比对产物阳离子度的影响
在图3中，当胺醛比为1 : 1时，提高甲醛和 丙烯酰胺（AM)的摩尔比，阳离子度随之増大。 在甲醛与AM的摩尔比小于1时，阳离子度提高 显著，但当甲醛与AM的摩尔比大于1后，阳离 子度提高缓慢，故甲醛与AM的摩尔比以1: 1 为宜。
胺醛摩尔比对产物阳离子度的影响，如图4 所示。当甲醛与AM的摩尔比为1: 1时，提高 二甲胺与甲醛的摩尔比，阳离子度随之提高;当 胺醛摩尔比大于1后，进一步提高阳离子度较为 困难。但是如果考虑选择1 : 1的胺醛比，则会由 于有部分游离甲醛的存在，而使PAM发生羟甲 基化反应，而羟甲基化PAM易于交联，因此应适 当増加二甲胺的量。
不过过度増加二甲胺的量又会使产物中残留 的胺増多，阳离子化聚丙烯酰胺合成与表征,故胺醛比以1: 1.2比较合适。
图4胺醛摩尔比对产物阳离子度的影响
2.2红外光谱分析
阳离子化聚丙烯酰胺反应产物的红外谱图如 图5所示。在图5中，3 431 cm-1处的强峰为 N—H键的伸缩振动，由于和一OH吸收峰发生 重叠，故没有显现出尖锐的双峰，而呈现出一个大 而强的峰；1 665 cm-1为酰胺羰基特征吸收峰；
1 558 cm-1为仲酰胺N- H弯曲振动，阳离子化 之后，该峰强度明显増大，表明聚丙烯酰胺N —H 己经被N- R取代；1 171 cm- 1和1 120 cm- 1处 吸收峰在阳离子化产物谱图中表现明显,与C -
N伸缩振动有关;在929 cm 1处出现了一个新的 峰，为季铵盐的特征吸收峰。这些数据充分说明 了 一CH2 —N+ ( CH3) 3的存在[11 13]。故可以确 定产物含有一CH2 —N+ ( CH3) 3结构。
本文推荐企业：山东东达聚合物有限公司（http://www.sdpamchina.com/)，是专业的阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺生产厂家，专业生产聚丙烯酰胺,阴离子聚丙烯酰胺,阳离子聚丙烯酰胺,非离子聚丙烯酰胺。拥有雄厚的技术力量，先进的生产工艺和设备。东达聚合物有限公司全体员工为海内外用户提供高技术,高性能，高质量的聚丙烯酰胺产品。专业聚丙烯酰胺生产厂家：山东东达聚合物有限公司热忱欢迎国内外广大客户合作共赢。