合成疏水缔合型聚丙烯酰胺的途径主要有两条:一条是将水溶性PAM单体与油溶性单体(即疏水性单体)共聚合;另一条是PAM化学改性法,即先聚合再进行反应将聚合物官能化,在亲水聚合物上引入疏水基团。该法由于聚合物粘度和溶液粘度随疏水基团引入的反应程度而变化等原因,使溶剂选择困难,限制了其工业应用。因此,目前疏水改性聚丙烯酰胺的合成主要以共聚法为主。
非均相聚合法是把油溶性单体和水溶性单体加于水中,利用机械搅拌使不溶于水的单体形成微细分散状态而实现共聚的方法。由于油溶性单体和水溶性单体不相溶,共聚反应过程是一个非均相过程。因此难以控制聚合物的组成、疏水单体含量较低,现在已很少使用。
该法是将水溶性单体与疏水单体溶于共同的单一溶剂或混合溶剂中,从而实现共 中十二烷基磺酸钠是最常用的表面活性剂,。但在聚合过程中若加入大量的表面活性剂则会对聚合物的缔合行为产生显著的影响,并且去除这些表面活性剂也会增加分离及纯化等后处理过程的复杂性。
虽然胶束聚合法可供选择的单体种类多,简单易行,但是需要往体系中加入大量的表面活性剂,这不仅增加了后处理过程的复杂性,还会影响到产物的性能。为了简化后处理过程和增加聚合物的溶解性,可采用本身就具有表面活性的疏水性单体。这类具有表面活性的大分子量单体同时含有疏水基团和亲水基团,所以在共聚合时不需要另外加入表面活性剂,可直接采用传统的自由基水溶液聚合方式,即均相聚合,同时可使疏水单体高度无规地引入共聚物中。通过研究发现,这类离子型疏水单体的共聚物在水溶液中的临界胶束浓度,是胶束共聚相中相同疏水链长度的两倍以上,使共聚物具有更强的疏水缔合效应。
此法与AM反相乳液或反相微乳液相似,将AM单体溶于水相,疏水性单体溶于油相,在乳化剂作用下将水相分散于连续相中,形成微乳体系,巨大的界面使得疏水单体可以扩散到水相中,再以油溶性引发剂或水溶性引发剂引发聚合。该法聚合反速度快,平均分子质量高,且不需要对最后产物的溶液做后处理。经过研究发现,反超声波法是利用超声波使水溶性单体和疏水性单体间形成乳液,并打断各高分子均聚物的分子链,以生成聚合物自由基,达到共聚目的。但是该方法较难控制聚合物的组 成。也难得到相对分子质量高的共聚物。
以超临界C02作为分散介质,利用超临界油溶性将疏水单体溶解在其中,并利用共溶剂使得AM在反应体系中均匀分散,在油溶性引发剂的引发下,实现两种单体的共聚合,由于所形成的聚合物不溶于分散介质,因而逐渐从分散介质中沉淀出来。此法疏水单体聚合效率高,产物疏水性好。但是由于共聚物一般不溶于超临界C02,可能会导致聚合物分子量较低。
气态也非液态,co2既具有类似于液体的高密度和接近气体的低粘度,因而如同气体一样容易扩散,又具有液体一样有很强的溶解能力。在临界点附近,压力的微小变化就可以导致密度发生巨大变化。由于粘度、比热、介电常数、溶解能力性质都与密度相关,因此在超临界状态下,可以通过调节压力来调节控制物质的多种物理化学性质。
调节压力可使得co2的溶解能力随之发生改变,在一定的温度下,压力越大,co2对某一聚合物的可溶解分子量也越大,在聚合反应中可以利用这一特性获得特定分子量的窄分布的产品。
高聚物除高含氟非晶聚合物和聚有机硅氧烷能很好地在sc-co2中溶解,其余绝大 部分高聚物在超临界中难溶,且随分子量增大和极性基团的引 入,溶解性进一步下降。加入少量共溶剂,可较大改变超临界co2的溶解能力,使高聚物在超临界co2中的溶解度大幅度上升。
超临界co2具有低粘度和高扩散速率,增大压力可使其扩散速率显著提高,从而使得聚合速率提高。使得聚合度和聚合温度上限提高,从而改变聚合物的结构。且很多反 应的立体选择性随超临界co2的温度和压力的改变而发生变化,同时,在超临界co2稀溶液中溶剂分子包围在溶质周围,使得局部浓度显著提高,聚合速度大大增加,聚合物的聚合度得以提高,获得较大分子量的产品。