陽離子型超支化聚丙烯酰胺的合成與反應中影響產物黏度因素的探討

張 昊，范振忠，李仁杰，趙宏偉

（東北石油大學， 黑龍江 大慶 163000）

?

陽離子型超支化聚丙烯酰胺的合成與反應中影響產物黏度因素的探討

張 昊，范振忠，李仁杰，趙宏偉

（東北石油大學， 黑龍江 大慶 163000）

以季戊四醇為支化劑，按一定的比例加入丙烯酰胺（AM）并加入陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）增加其陽離子性，合成了具有陽離子性的超支化聚丙烯酰胺。對產物進行了紅外光譜（FTIR）分析，并使用旋轉粘度計和一定計算測得了聚合物的增比黏度。而后探討了反應溫度、反應時間和引發劑用量對產物粘度的影響。

超支化聚丙烯酰胺；陽離子；增比黏度

超支化聚合物因有三維球狀立體結構而且高度支化和繁多的末端基團，能顯示出完全不同與其他聚合物的性狀。相比對應的線型分子具有出色的溶解性、高流變性、低黏度以及大量可修飾的末端官能團等一系列獨特的物理化學特性［1］。特別是超支化聚丙烯酰胺的應用較為廣泛，合成方法也較為成熟，已經在造紙、紡織和石油領域顯示出了較好的應用前景。

本文以季戊四醇為聚合反應的支化劑，過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉為引發劑，與丙烯酰胺（AM）在水溶液中通過自由基聚合反應制備支化結構的陽離子聚丙烯酰胺（BCPAM），終止劑選用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC），并且為反應加入陽離子單體；再加入正硅酸乙酯，增加其支化程度，合成具有陽離子性的超支化聚丙烯酰胺。最后探討了不同的反應溫度、反應時間和引發劑用量對產物黏度的影響。

1　實驗部分

1.1主要實驗藥品

丙烯酰胺（AM）：分析純；過硫酸鉀；亞硫酸氫鈉；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）：分析純；季戊四醇（PETL）：分析純。

1.2超支化聚丙烯酰胺的合成

（1）將裝有20 g AM、100 mL去離子水、一定質量季戊四醇的三口燒瓶置于恒溫水浴鍋中進行水浴加熱，在機械攪拌的同時向瓶中通入氮氣；

（2）通入氮氣攪拌 30 min 中后，用恒壓滴液漏斗緩慢向瓶中滴加引發劑10 mL溶有一定質量的引發劑（過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉=1：0.45）的去離子水溶液，控制在 30 min 左右滴加完畢；

（3）引發劑滴加完畢后，反應開始計時。達到設定時間后加入陽離子單體 DMC，再經過 60 min，加入5 g的正硅酸乙酯， 等反應到設定時間即停止反應，得到產物備用。

1.3合成路線

陽離子型超支化聚丙烯酰胺的合成路線如圖1。

圖1　超支化聚丙烯酰胺合成機理Fig.1 Hyperbranched polyacrylamide synthesis mechanism

2　結果討論

2.1紅外光譜（FTIR）分析

圖2為樣品的FTIR圖譜。由圖2可知，在3454 cm-1處有很強的羥基伸縮振動峰；1 399 cm-1處出現的吸收峰為酯基的振動峰；在1 289 cm-1處的吸收峰為酰胺基的振動峰，產物中含有羥基，酯基及酰胺基團，圖譜與文獻［2-3］中合成的超支化聚丙烯酰胺基本一致，說明產物是超支化聚丙烯酰胺。

圖2　超支化聚丙烯酰胺樣品的FTIR圖譜Fig.2 The FTIR spectra of the hyperbranched polyacrylamide sample

2.2黏度測試

將產物使用乙醚反復進行提純，提純后配成3%濃度的聚合物水溶液，用旋轉粘度計測[4]聚合物黏度η，增比黏度通過下面的關系式計算得出

表1　引發劑用量對產物黏度的影響Table 1 The influence of initiator dosage on the viscosity of product

向反應中加入10 mL溶有不同質量引發劑（過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉=1：0.45）的溶劑，得到不同產物分別進行黏度的測量，如下表 1，通過表 1可知，再10 mL去離子水溶液中加入400 mg或更多引發劑時，產物的粘度變化范圍不大，證明聚合反應轉化率更高。

在同樣條件下，分別測量不同反應溫度和反應時間對產物黏度的影響，見表2和表3，數據分析可得，在反應溫度70 ℃，反應時間5 h時，產物的粘度變化范圍不大，證明聚合反應轉化率更高。

表2　反應溫度對產物黏度的影響Table 2 The influence of the viscosity of the product by reaction temperature

表3　反應時間對產物黏度的影響Table 3 The influence of reaction time on the viscosity of product

3　結 論

通過以上實驗，用季戊四醇作為支化劑合成了陽離子超支化聚丙烯酰胺，并通過不同實驗條件下對產物增比黏度的測量，確定了在引發劑用量為400 mg、反應溫度70 ℃和反應時間為5 h的實驗條件下，聚合反應轉化率較高，對產物黏度影響最小。

［1］ 徐駿祺，黃通，呂鑫，孫國明，倪云洲，周永豐. 水溶性高抗剪切超支化聚丙烯酰胺的合成和表征［J］. 上海應用技術學院學報（自然科學版），2014（04）：277-282.

［2］ 叢珊. 超支化陽離子聚丙烯酰胺的制備及應用研究［D］.廣州：華南理工大學，2014.

［3］ 吳得南，熊偉，謝立娟. 一種新型陽離子聚丙烯酰胺的合成及表征［J］. 化工科技，2014（04）：25-29.

［4］ 林梅欽，宋錦宏，孫愛軍，李明遠，吳肇亮. 用不同類型粘度計測定交聯聚合物溶液流變性質［J］. 中國石油大學學報（自然科學版），2006（03）：119-122.

［5］ 陶磊，張娜，杜燦敏，張志振. 超高相對分子質量聚丙烯酰胺特性粘數測定方法［J］. 石油化工高等學校學報，2009（04）：45-48.

Synthesis of Cationic Hyperbranched Polyacrylamide and Factors Affecting Product Viscosity in the Reaction

ZHANG Hao，FAN Zhen-zhong，LI Ren-jie，ZHAO Hong-wei
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163000，China）

Using pentaerythritol as branching agent, adding acrylamide according to certain proportion, and adding cationic monomer methyl acryloyl oxygen ethyl trimethyl ammonium chloride, cationic hyperbranched polyacrylamide was synthesized. The product was analyzed by the infrared spectrum, and rotational viscometer was used to test the polymer specific viscosity. At last, effect of the reaction temperature, reaction time and initiator dosage on the viscosity of product was investigated.

hyperbranched polyacrylamide; cationic; specific viscosity

張昊（1990-），男，滿族，碩士研究生，黑龍江省大慶市人，研究方向：油田化學。E-mail：568835671@qq.com。

TQ 325

A

1671-0460（2016）05-0927-02

國家自然科學基金，油溶性樹脂雙重交聯凝膠型堵劑選擇性機理研究，項目號：51374071。

2016-04-12