楊開吉等人以丙烯酰胺為聚合單體，(NH4)2S2O4/NaHSO3體系為引發(fā)劑，采用水溶液自由基聚合制備低相對分子質(zhì)量非離子聚丙烯酰胺。單因素實驗得出合成最佳條件：溫度為30℃，時間為3h，引發(fā)劑用量為0.1%，單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。再在單因素結(jié)論的基礎(chǔ)上作正交實驗，pam得出了對實驗影響由大到小的因素分別為溫度，化學(xué)法生產(chǎn)高分子聚丙烯酰胺的因素分析單體濃度，引發(fā)劑的用量和反應(yīng)時間，且得到了實驗最住合成條件：溫度為30%，時間為2.5h，引發(fā)劑用量為0.1%，單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。
一，引發(fā)劑用重對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響
當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，溫度為25℃，反應(yīng)時間為2.5h時，pam探討引發(fā)劑的用量對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響，結(jié)果見圖4-20。
本反應(yīng)為水溶液條件下的自由基引發(fā)聚合反應(yīng)，因而引發(fā)劑類型及引發(fā)劑的濃度對反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大。為了便于得到低相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺，本實驗采用氧化-還原體系引發(fā)聚合，其主要優(yōu)勢是低溫引發(fā)，有利于聚丙烯酰胺分子鏈的增長。結(jié)果表明，隨著引發(fā)劑用量的增加，聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量先呈上升趨勢，后呈下降趨勢。引發(fā)劑作為自由基聚合反應(yīng)活性中心，引發(fā)劑用量過少，pam反應(yīng)體系中的引發(fā)劑濃度很低，鏈引發(fā)反應(yīng)很難進(jìn)行，化學(xué)法生產(chǎn)高分子聚丙烯酰胺的因素分析使反應(yīng)不完全，殘留大量的丙烯酰胺單體；而引發(fā)劑用量過高時，反應(yīng)速度過快，會產(chǎn)生過多的自由基，活性中心也愈多，單體主鏈增長減少，體系很快由流動態(tài)轉(zhuǎn)變側(cè)膠體狀，聚合物發(fā)生交聯(lián)的幾率增加，聚丙烯酰胺,pam,陰離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺,陽離子聚丙烯酰胺--鞏義市泰和水處理材料有限公司造成聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量分布較寬，相對分子質(zhì)量降低。因此，為了得到高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺，確定引發(fā)劑用量為0.10%。
二，溫度對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響
當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，反應(yīng)時間為2.5h，引發(fā)劑用量為0.1%時，探討反應(yīng)溫度對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響，見圖4-22。
自由基聚合反應(yīng)中，對單個聚合物分子而言，聚合物的分子形成速度很快，在很短的時間內(nèi)即能完成鏈的增長。但對整個體系而言，在較短的時間內(nèi)則不可能使所有的單休均轉(zhuǎn)化為高聚物，因而單體的轉(zhuǎn)化率一般是隨著反應(yīng)時間的延長而增大的，表現(xiàn)為體系的平均相對分子質(zhì)量隨著時間的延長而增大，達(dá)到一定值后增加緩慢，最后幾乎恒定。從圖4-22可以看出，體系的相對分子質(zhì)量隨時間的延長而增加，在反應(yīng)3h后，單體的轉(zhuǎn)化率達(dá)到較大，相對分子質(zhì)量也達(dá)到一個較大值。若繼續(xù)反應(yīng)相對分子質(zhì)量有一定的增加但不明顯，因此在一定的反應(yīng)時間內(nèi)。單體的轉(zhuǎn)化率達(dá)到較大之后若再延長反應(yīng)時間，對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響不是特別明顯。為了降低成本，將實驗反應(yīng)時間定為3h。
三，單體濃度對聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的影響
當(dāng)溫度為30℃，引發(fā)劑用量為0.1%，反應(yīng)時間為3h，探討單體濃度對相對分子質(zhì)量的影響，見圖4-23。
反應(yīng)體系內(nèi)的反應(yīng)熱取決于單位體積內(nèi)的丙烯酰胺的物質(zhì)的量，即體系的反應(yīng)濃度，雖然降低體系的反應(yīng)濃度可以降低體系內(nèi)的聚合放熱量(聚丙烯酰胺的聚合熱為82kJ/mol)，這有利于提高聚合物的相對分子質(zhì)量，但另一方面因濃度的降低，相應(yīng)減少了單體與活性鏈的碰撞次數(shù)，又不利于相對分子質(zhì)量的增加。
因而隨濃度的增加。聚合物相對分子質(zhì)量由起始增加變?yōu)殡S后降低，即通過降低反應(yīng)物濃度實現(xiàn)降低體系的反應(yīng)熱從而提高聚合物相對分子質(zhì)量的作用是十分有限的。
從圖4-23可以看出，當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15%時，隨著單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系相對分子質(zhì)量的增加比較平緩；當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量最大，而當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%時，有少量交聯(lián)的不溶物產(chǎn)生。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為在比較高的單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，聚合物的鏈增長速率遠(yuǎn)大于鏈轉(zhuǎn)移速率所致。因此，在本實驗條件下，單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)以15%為宜。
