两性离子型聚丙烯酰胺光引发影响因素,工业中采用絮凝剂对废水进行处理已成为一 种最常用的手段，常规的阴离子、阳离子和非离子 型聚丙烯酰胺进行废水处理时均有用量大、絮团 小、泥水分离效果差等问题[1]。两性离子型聚丙 烯酰胺（AmPAM)因兼具阳离子型和阴离子型聚 丙烯酰胺的综合性能，且具有用量少，絮凝速度 快，受共存盐类、温度影响小，易于处理，更具明显 的“反聚电解质效应”和pH值适用范围广[^等 特点，具有广泛的应用前景W。
AmPAM作为絮凝剂，相对分子质量越高， 其使用效果越好，因此近年来研究的重点大多集 中在如何获得高相对分子质量的聚合物产物 上[5]。目前，AmPAM的制备方法主要分为均聚 法和单体共聚法W。其中均聚法的生产周期 长，因放出大量的氨而腐蚀设备和污染环境[9]，笔 者采用单体共聚法，在紫外光引发聚合体系下合 成AmPAM,该工艺无污染、生产成本低、生产工 艺简单易操作，本文探讨了单体配比、单体质量分 数、光引发剂用量、pH值、反应温度对AmPAM 特性黏数的影响，目的获得特性黏数和溶解性较
好的聚合物。
1实验部分 1.1原料与仪器
丙烯酰胺(AM)，天津市博迪化T有限公司； 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC)，山东淄 博益利化工新材料有限公司；其他试剂为分析纯。
JH. 721-100型可见光分光光度计，上海菁华 科技仪器有限公司；MAGNA-IR 750傅里叶变换 红外光谱仪，美国尼高力仪器公司。
1.2聚合实验步骤
反应按一定比例准确称取丙烯酰胺（AM)、 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC)、丙烯酸 钠（AANa)，用去离子水配制成溶液倒人烧杯中。 加人引发剂引发聚合，将反应器通氮气驱氧后密 封，置于紫外光下，反应结束后，生成无色透明胶 状物即为AmPAM产物。
结果与讨论
2.1单体摩尔配比对聚合物特性黏数的影响 2.1.1最佳阴离子用量的确定
实验条件：c (AM) = 4. 928 mol/L，c (DMC)=1. 44 mol/L,w(DMC) '• n(AM) = 〇. 17,总体积40 mL，反应温度25 -C，pH = 6,光 引发剂质量分数为〇. 8%，通N2时间4 min。n (AANa) : «(AM)与AmPAM特性黏数及阴离 子度的关系见图1。
700,,39
4〇〇L=^H—11|24
0.40.50.60.7
n(AANA) ： n(AM)
图1 w(AANa) h(AM)与AmPAM特性黏数及 阴离子度的关系
从图1可以看出，在固定DMC与AM摩尔 配比时，AmPAM的特性黏数随着丙烯酸钠含量 的增加，呈现出先增加后减小的趋势，但阴离子度 呈现不断增加的趋势。这是因为在聚合反应最初 阶段，随着AANa单体的量增多，单体之间碰撞 的机会增大，所以，聚合产物相对分子质量逐渐增 大;但当AANa加人过多时，过量的单体聚合会 使放出热量不能及时散发，出现交联甚至爆聚现 象，导致聚合物相对分子质量降低。阴、阳离子单 体具有较强的空间效应和电荷排斥作用，当阴、阳 离子单体用量达到一定值后，若继续增加，单体的 扩散速率和反应活性下降，从而导致相对分子质 量的降低。由于本实验是三元共聚，因此随着 AANa与AM摩尔比的不断增加，阴离子供体不 断增加，说明阴离子供体AANa参加反应的机率 越大，从而导致阴离子度就越高。综合考虑，当《 (AANa) : «(AM)为0. 65时，所得聚合物的阴离 子度为34. 52%、特性黏数为646 mL/g，性能比 较理想。
2.1.2最佳阳离子用量的确定
实验条件：c ( AM ) = 4. 928 mol/L，c (DMC)=1.44 mol/L，《(AANa) : n(AM) = 0.65,其他条件不变。Ti(AANa) : «(AM)与 AmPAM特性黏数及阳离子度的关系见图2。
图2
阳离子度的关系
从图2可见，在一定范围内，AmPAM的特 性黏数随着DMC的增加呈现出先增后减的趋 势。这是因为聚合体系的总浓度增大，单体之间 的碰撞机率加大，反应加快，从而使聚合产物的相 对分子质量上升。当DMC的量增加到一定程度 时由于阴、阳离子单体之间的空间位阻效应效应 和电荷排斥作用，使得反应活性下降，相对分子质 量降低。而随着DMC的增加，阳离子度则呈现 增长的趋势是由于本实验是三元共聚，随着DMC 与AM摩尔比的不断增加，阳离子供体DMC参 加反应的机率越大，从而导致阳离子度就越高。 综合考虑，最佳《(DMC) : «(AM)为0. 12,所得 聚合物的阳离子度为6. 77%、特性黏数为657 mL/g。
2.2单体总质置分数对聚合物特性黏数的影响
^ w(AM) * w(DMC) ! n(AANa)* 1 =
0. 12 : 0. 65,其他条件不变条件下，考察单体总质 量分数对聚合物特性黏数的影响，结果见图3。 由图3可知，聚合物的特性黏数随着单体总质量 分数的增加先增加后减小。当单体浓度过低时， 单体之间接触碰撞的几率小，不利于分子链的增 长，且反应速率慢，聚合不完全;单体用量增加，单 体之间的接触碰撞的几率增加，反应速率变快，从 而使单体的转化率增加，但是过量的单体，反应体 系的粘数增长很快，使得反应产生的聚合热过多， 使得大分子之间产生较多的交联，同时浓度过高 会导致体系过早的发生凝胶化现象，实验中，单体 总质量分数在50%时，体系产生了大量的热，聚 合物凝胶化严重，难溶于水，不符合絮凝剂的性能 要求。因此，采用单体总质量分数40%为最佳 值。
2.3引发剂用置对聚合物特性黏数的影响
固定单体总质量分数为40%,其他条件不 变，考察引发剂用量对聚合物特性黏数的影响，结 果见图4。
图4引发剂用量对聚合物特性黏数的影响
由图4可知，聚合物的特性黏数随着引发剂 用量的增加呈现先增加后减小的趋势，随着引发 剂量的增加，反应体系产生的自由基不断增加，用 来引发单体聚合的活性中心增加，引发剂用量增 加到一定程度时，聚合反应过于剧烈，反应产物很 难溶解，特性黏数不高。可以看出引发剂质量分 数为0.8%最佳。
2.4 pH值对聚合物特性黏数的影响
固定光引发剂质量分数为〇. 8%，其他条件 不变，考察pH值对聚合物特性黏数的影响，结果 见图5。由图5可知，pH值可以影响在聚合反应 中各单体的竞聚率，因此会影响反应产物的结构 和性质，pH值过低会伴生分子内和分子间的酰 亚胺反应，形成支链或交联型产物；pH值过高单 体分子或聚合物会发生水解，形成含有羧基的聚 合物，从而影响聚合物的性质，因此，pH值在6. 5 引发聚合反应为最佳值，所得产物特性黏数最大。
2.5温度对聚合物特性黏数的影响
调节pH值为6. 5,其他条件不变，考察反应 温度对聚合物特性黏数的影响，结果见图6。从 图6可以看出温度影响聚合物的特性黏数，当温 度过低时，聚丙烯酰胺的活性不够，导致反应缓 慢，不能够充分的反应，温度过高时会导致反应体 系发生交联或支化[1°]，分子链容易断裂，从而影 响聚合物的特性黏数。因此，反应温度为40 °C时 为最佳值，聚合反应所得产物比较稳定，特性黏数 为 806 mL/g。
3结构表征
AmPAM的红外光谱见图7。由图7可知： 在1 637 cnT1处为酰胺中的C=0基团的伸缩振 动峰，1 567 crrT1为酰胺II带的N—H弯曲振动 峰。3 438 crxT1是酰胺中N—H基团的伸缩振动 峰。1 402 cnT1处是COO —的对称伸缩振动峰。 在2 920 cnT1处是季铵基团的一CH3伸缩振动 峰，1 457 cm—1 处为一CH2—N+(CH3)3 亚甲基 的弯曲振动吸收峰，954 cnT1处为季铵基 —CH2—N+(CH3)3的吸收峰，即为DMC的特征 吸收峰。由上可见，实备的产物结构符合两性聚 丙烯酰胺的结构特征。
4结论
a.以AANa，DMC，AM为原料，采用光引发 技术合成了 AmPAM，最佳合成条件为：《 (AM) * M(DMC) * n(AANa) = l = 0. 12 ： 0. 65, 单体总质量分数为40%，光引发剂质量分数 0.8%，pH = 6.5,反应温度40 X：，所得聚合产物 最稳定，聚合效果最佳，特性黏数可达806 mL/g，
溶解性能好。
b.传统的均聚工艺技术，工艺复杂，生产成本 高，工艺不完善。采用光引发合成AmPAM工艺 过程简单，节约能源，清洁无污染，反应条件温和， 操作性强，具有应用价值，适于工业化生产。