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水溶性聚电解质的合成及其性能研究

作　者: 魏朝巧
导　师: 赵洪池
学　校: 河北大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚烯丙基胺聚丙烯酸聚丙烯酰胺聚乙烯胺 Hofmann降级热稳定性相对粘度
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

聚烯丙基胺(PAH)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯胺(PVAm)都属于水溶性聚电解质,因为聚合物分子链上分别带有氨基、羧基和酰胺基反应性基团,所以其在聚合物制备和改性以及实际应用等方面都具有非常重要的意义。本论文主要内容如下：(1)以烯丙基胺盐酸盐(AH)为单体,过硫酸铵(APS)/亚硫酸氢钠为氧化还原引发体系,采用溶液聚合法合成了PAH。利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、核磁共振波谱仪(NMR)、热重分析仪(TGA)对PAH的结构及性能进行了表征。研究了引发剂类型、引发剂用量、单体浓度和反应温度对聚合反应转化率和PAH相对粘度的影响。结果表明：FTIR谱图中998cm-1处C=C双键特征吸收峰的消失以及1H-NMR谱图中聚合物和单体的峰形、峰面积和化学位移明显不同,都证明AH聚合生成了PAH；PAH热分解分为两个阶段,在700℃完全分解具有较高的热稳定性。随引发剂用量增大,单体转化率增加PAH相对粘度减小；随单体浓度增大单体转化率和PAH相对粘度均增大。(2)以丙烯酸(AA)为单体,APS为引发剂采用水溶液聚合法制备了PAA。利用FTIR对PAA的结构进行了表征。考查了反应温度、引发剂用量、单体浓度对PAA固含量和粘均分子量的影响。同时研究了PAA溶液在不同pH值条件下的特性粘度。结果表明：FTIR谱图中1600-1650cm-1处C=C双键伸缩振动特征吸收峰的消失,说明AA聚合生成了PAA。随着单体浓度增加PAA固含量和粘均分子量均增加；随着引发剂浓度增加固含量增加粘均分子量减小；PAA溶液的特性粘度随溶液pH值增大先增大后降低,在pH≈8时特性粘度达到最大值。在实验条件为引发剂浓度0.3%,单体浓度13%,pH值6.0,聚合温度70℃,反应时间2h时,PAA固含量较大(13%)其粘均分子量可达100万。(3)以APS/亚硫酸氢钠为氧化还原引发体系,通过丙烯酰胺(AM)的水溶液聚合法制备了聚丙烯酰胺(PAM),并利用PAM的Hofmann降级反应得到聚乙烯胺(PVAm)及聚乙烯胺盐酸盐(PVAm-HCl)。利用FTIR和TGA对聚合物的结构及性能进行了表征。同时研究了反应温度、单体浓度、引发剂用量和体系pH值对单体转化率及PAM的粘均分子量的影响。结果表明：FTIR谱图中998cm-1处C=C双键的特征吸收峰消失证明AM聚合生成了PAM,1670cm-1处羰基吸收峰的消失证明合成了PVAm。PVAm的热稳定性比PAM的有所降低。随引发剂用量增加和单体浓度降低PAM的粘均分子量降低；单体转化率随温度升高而增大；增大反应体系pH值转化率先增大后减小,pH值为7时转化率达到最大值。在实验条件为引发剂浓度0.4%,单体浓度10%,反应温度50V,pH值为7时,所得PAM粘均分子量为20～30万。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 国内外的研究现状和分析  12-16
    1.2.1 聚烯丙基胺  12-13
    1.2.2 聚丙烯酸  13
    1.2.3 聚丙烯酰胺和聚乙烯胺  13-16
  1.3 应用  16-18
    1.3.1 聚烯丙基胺的应用  16
    1.3.2 聚丙烯酸的应用  16-17
    1.3.3 聚丙烯酰胺和聚乙烯胺的应用  17-18
  1.4 本文研究的主要内容和意义  18-20
第二章聚烯丙基胺的合成及性能研究  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 实验部分  20-25
    2.2.1 主要试剂与仪器  20-21
    2.2.2 聚合反应机理  21
    2.2.3 引发剂引发聚合机理  21-22
    2.2.4 均聚反应历程  22-24
    2.2.5 聚合物制备  24
    2.2.6 结构表征与性能测试  24-25
  2.3 结果与讨论  25-33
    2.3.1 PAH的结构与性能研究  25-27
    2.3.2 影响聚合反应转化率的因素  27-31
    2.3.3 影响PAH相对粘度的因素  31-33
  2.4 结论  33-34
第三章聚丙烯酸的合成及性能研究  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-35
    3.2.1 主要试剂与仪器  34
    3.2.2 聚合反应机理  34-35
    3.2.3 聚合物制备  35
    3.2.4 结构表征与性能测试  35
  3.3 结果与讨论  35-41
    3.3.1 PAA的结构分析  35-36
    3.3.2 影响PAA固含量及分子量的因素  36-39
    3.3.3 pH值对聚合过程和PAA粘度的影响  39-41
  3.4 结论  41-42
第四章聚丙烯酰胺和聚乙烯胺的合成及性能研究  42-53
  4.1 引言  42
  4.2 实验部分  42-45
    4.2.1 主要试剂与仪器  42-43
    4.2.2 丙烯酰胺自由基聚合机理  43
    4.2.3 聚乙烯胺的合成及反应机理  43-44
    4.2.4 聚合物制备  44-45
    4.2.5 结构表征与性能测试  45
  4.3 结果与讨论  45-52
    4.3.1 PAM和PVAm的结构与性能研究  46-47
    4.3.2 影响聚合反应转化率及PAM分子量的因素  47-51
    4.3.3 影响Hofmann降级反应降解率的因素  51-52
  4.4 结论  52-53
全文结论  53-54
参考文献  54-61
致谢  61-62
攻读学位期间取得的科研成果  62

水溶性聚电解质的合成及其性能研究

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