分散聚合资料
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Transacti ons of China Pul p and Paper中 国 造 纸 学 报Vol 122,No .1,2007 收稿日期:2006207217(修改稿) 作者简介:王玉峰,男,在读硕士研究生;主要研究方向:湿部化学与造纸化学品。
E 2mail:wyf19822000@yahoo 1com 1cnP AM 的分散聚合法制备及其应用研究进展王玉峰 胡惠仁(天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室,天津,300222)摘 要:介绍了分散聚合法制备聚丙烯酰胺的研究进展,对聚丙烯酰胺分散聚合的成核与稳定机理、聚合过程的动力学、反应参数对聚合反应的影响以及运用分散聚合法制备聚丙烯酰胺的应用进行了概述。
关键词:聚丙烯酰胺;分散聚合;动力学;应用中图分类号:TS727+12文献标识码:A文章编号:100026842(2007)0120114205 聚丙烯酰胺(P AM )是丙烯酰胺(AM )均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称,是水溶性高分子中应用最广泛的品种之一,可广泛应用于石油、选矿、造纸、水处理等行业。
P AM 的合成方法很多,按照聚合实施方法可分为溶液聚合、固相聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、分散聚合等[1]。
溶液聚合和固相聚合是AM 较早采用的聚合方法,其优点在于操作简单容易,聚合物产率高,易获得高分子质量的聚合物,并且对环境污染小,但所得产品溶解性较差。
反相悬浮聚合是一种将AM 水溶液以小液滴状悬浮于有机溶剂中进行聚合的方法。
产品杂质含量少,并且由于反应体系比较容易散热,便于控制体系的反应温度。
但是这种合成方法工艺复杂,所使用的有机溶剂如二甲苯、四氯乙烯等的毒性大,对环境污染较大。
反相乳液聚合和反相微乳液聚合是20世纪80年代发展起来的聚合方法,反相乳液聚合和反相微乳液聚合的优点在于聚合速率高,转化率高,产物分子质量大,反应条件温和,缺点是产品杂质含量较多,产物乳液稳定性差,工艺复杂。
聚合物的分散性与相容性研究探讨在材料科学的广袤领域中,聚合物扮演着举足轻重的角色。
聚合物的性能不仅取决于其化学组成,还受到分散性与相容性等因素的显著影响。
深入研究聚合物的分散性与相容性,对于开发高性能的聚合物材料、优化生产工艺以及拓展其应用范围具有至关重要的意义。
首先,让我们来理解一下什么是聚合物的分散性。
简单来说,分散性指的是聚合物在特定介质或体系中的分布均匀程度。
想象一下,把聚合物颗粒投入到一种溶剂中,如果这些颗粒能够均匀地散布在溶剂中,形成一个稳定且均一的混合物,我们就说这种聚合物具有良好的分散性。
反之,如果聚合物颗粒出现团聚、沉淀或者分布不均的现象,那么其分散性就较差。
聚合物分散性的好坏对材料的性能有着直接的影响。
以聚合物复合材料为例,如果增强相(如纤维、颗粒等)在聚合物基体中的分散不均匀,就会导致局部应力集中,从而降低材料的整体强度和韧性。
在涂料和胶粘剂中,聚合物的分散性不佳可能会导致涂层不均匀、附着力下降等问题,严重影响产品的质量和性能。
那么,影响聚合物分散性的因素有哪些呢?首先是聚合物的分子量和分子量分布。
一般来说,分子量较小且分子量分布较窄的聚合物更容易分散。
这是因为分子量小的聚合物分子间作用力相对较弱,更容易在介质中运动和分散。
其次,介质的性质也起着关键作用。
包括介质的极性、粘度、表面张力等。
例如,极性聚合物在极性介质中往往具有更好的分散性,而在非极性介质中则可能出现分散困难的情况。
此外,加工条件如搅拌速度、温度、时间等也会对聚合物的分散性产生影响。
接下来,我们谈谈聚合物的相容性。
相容性是指两种或多种聚合物在混合时能够形成均相体系的能力。
当不同的聚合物能够相互溶解、均匀混合,并且在微观层面上没有明显的相分离,我们就认为它们具有良好的相容性。
相容性对于聚合物共混物的性能至关重要。
如果两种聚合物相容性好,共混物能够展现出单一聚合物所不具备的优异性能,如综合的力学性能、耐热性、耐化学腐蚀性等。
聚合物分散液晶材料参数【观点】聚合物分散液晶材料参数在光电子行业中的应用前景广阔引言在光电子行业中,聚合物分散液晶材料参数是一项重要的研究领域。
该领域的发展带来了许多新的应用机会和挑战。
本文将探讨聚合物分散液晶材料参数的定义、特性以及其在光电子行业中的应用前景。
一、聚合物分散液晶材料参数的定义及特性1. 聚合物分散液晶的基本概念聚合物分散液晶是一种由聚合物基质中分散着细小胆甾型或胆甾型液晶颗粒组成的材料。
液晶颗粒与聚合物基质的相互作用以及外界作用力的影响决定了聚合物分散液晶材料的性质。
2. 聚合物分散液晶材料参数的研究对象聚合物分散液晶材料参数的研究主要包括液晶颗粒的形状、尺寸、分散度、体积分数,以及聚合物基质的粘度、表面性质等参数。
这些参数直接影响着材料的光学、电学、热学等性能。
3. 聚合物分散液晶材料参数的重要性聚合物分散液晶材料参数的研究对于光电子行业来说具有重要的意义。
通过对聚合物分散液晶材料参数的深入研究,可以实现对材料性能的有效调控,从而满足不同应用领域对光电功能材料的需求。
二、聚合物分散液晶材料参数在光电子行业中的应用前景1. 智能显示领域聚合物分散液晶材料参数的研究对智能显示技术的发展起着至关重要的作用。
通过调控材料的导电性、反射率等参数,可以实现高清晰度、高对比度、低功耗的液晶显示屏。
聚合物分散液晶材料还可以应用于柔性显示器等新兴显示技术的研发。
2. 光电传感领域聚合物分散液晶材料的参数对光电传感器件的灵敏度、响应速度等性能至关重要。
通过调控液晶颗粒的形状、尺寸以及基质的粘度等参数,可以获得高性能的光电传感器。
这对于各种应用领域,如环境监测、医疗设备等都具有重要意义。
3. 光电存储领域聚合物分散液晶材料参数的研究对光电存储技术的发展也有着重要的推动作用。
通过调节液晶颗粒的分散度、表面性质等参数,可以实现高密度、高速度的光电存储器件。
聚合物分散液晶材料也可以应用于光学存储器、光电可编程逻辑控制器等领域。
聚合物分散剂1. 概述2. 锚固基团3. 聚合物链段描述先前已介绍了聚合物分散剂通过位阻稳定作用对油漆、涂料和油墨体系产生影响。
结合以下两种要求提出了两类结构:1. 必须能强力吸附在微粒表面,拥有特殊的锚固基团2. 分子中必须含有高分子链段,在溶剂或树脂溶液体系中具有位阻稳定作用。
有多种共聚物/功能高分子的结构可能对聚合物分散剂产生影响。
图1给出了六种可能的排列:图1 : 与微粒表面的锚固作用即可通过功能基团(b和c)又可通过高分子链段(a和d-f)而产生。
产生位阻稳定作用的聚合物链段即可在一端(b,d,和f)又可在两端(a,c,和e)与微粒表面发生锚固反应。
聚合物分散剂与其它类型分散剂的区别在于具有相当高的分子量。
聚合物分散剂结构特殊,并同时受到极大的位阻限制,在大量的颜料微粒表面可形成稳定的吸附层。
当高分子链段很好的溶解和适当的展开时,位阻稳定作用得到加强,因此它们必须与周围的树脂溶液很好地相容。
若相容性不好,则高分子链段会折叠,产生位阻效应并使稳定性丧失。
为了保证添加剂的功效,颜料表面的吸附作用必须是稳定和持久的。
因此颜料微粒表面的性能对于添加剂的效力十分关键:•颜料表面拥有高的极性,比如无机颜料具有离子的结构,与任何分散剂产生吸附作用相对容易。
•然而,对于具有非极性表面的颜料,比如由单独非极性分子组成的有机颜料晶体,与常规添加剂很难产生吸附作用。
聚合物分散剂能提供的种类繁多的锚固基团,在与颜料的非极性表面发生锚固反应后,能产生有效的吸附作用。
从传统的观点看来,颜料在水中的稳定性通常会因为污染问题而受到干扰,比如不同的离子、或存在不同zeta-电位的其它颜料,可引起排斥力下降并失去稳定性。
位阻稳定作用能够避免这些问题,使聚合物分散剂在分散所有类型的颜料时都有很好的效果,甚至是有机颜料,而使用传统的润湿和分散剂时有机颜料的抗絮凝作用很差。
锚固基团先前所讨论的由分散剂分子聚合的链段,不论是包含了单个的链段还是成百上千的链段,并不是问题的关键方面,重要的是这些分子链能成功的象铁锚一样固着在颜料表面,使颜料表面覆盖足够密度的链段,将粒子间的相互作用降至最低。
聚合相关知识点总结一、聚合的概念聚合是指把多个分散的东西汇聚成为一个整体的过程。
在物理学中,聚合是指物质的聚集,比如原子聚合成分子,分子聚集成晶体等。
在信息学中,聚合是指信息的整合,比如网页数据的聚合,新闻资讯的聚合等。
在社会学中,聚合是指人群的聚集,比如人口的聚居,社会组织的聚集等。
在经济学中,聚合是指资源的整合,比如生产要素的聚合,企业供应链的聚合等。
二、聚合在物理学中的应用在物理学中,聚合是指物质的聚集。
比如原子聚合成分子,分子聚集成晶体,晶体聚集成大块物质等。
这些聚合过程都符合一定的规律,比如原子的化学键结合,分子的三维结构形成,晶体的晶格结构等。
利用这些原理,可以制备各种材料,比如金属材料、塑料材料、半导体材料等,为工业生产提供了基础。
三、聚合在信息学中的应用在信息学中,聚合是指信息的整合。
比如网页数据的聚合,新闻资讯的聚合等。
通过对不同来源的信息进行聚合,可以形成更加完整和有价值的信息资源。
在互联网时代,数据聚合已经成为一种常见的商业模式,比如搜索引擎的网页数据聚合,新闻客户端的新闻资讯聚合等。
同时,数据聚合也为数据分析和挖掘提供了基础,比如大数据分析、用户画像构建等。
四、聚合在社会学中的应用在社会学中,聚合是指人群的聚集。
比如人口的聚居,社会组织的聚集等。
人口的聚居会形成城市、社区等社会单元,不同的社会组织会形成不同的社会结构,比如家庭、公司、政府等。
通过对人群的聚合分析,可以揭示人口分布、社会结构、人际关系等方面的规律,为社会管理和社会政策提供依据。
五、聚合在经济学中的应用在经济学中,聚合是指资源的整合。
比如生产要素的聚合,企业供应链的聚合等。
生产要素的聚合包括劳动力、资本、技术等要素的整合,企业供应链的聚合包括原材料、加工、销售等环节的整合。
通过对资源的聚合,可以提高资源利用效率,降低成本,提高产出。
同时,资源聚合也会导致资源配置不均,市场垄断等问题,需要政府和市场双方的调节。
分散聚合是制备单分散聚合物微球的主要方法之一。把光引发技术引入
分散聚合体系,可使反应在室温下进行,并大大缩短聚合反应时间。
分散聚合常用的稳定剂如PVP等,一般都是可溶于反应介质,并在分子链上带有活泼氢的
高分子物质.这类高分子除了可以直接保护聚合体系的稳定性之外,还可以在反应中与聚合
物链生成小量的树枝状或梳状的接枝共聚物,而后者像表面活性剂一样,对聚合物颗粒的稳
定保护作用更为有效.
在分散聚合中,选择反应介质的基本原则是,它对单体、引发剂和稳定剂都能溶解,而对
聚合产物则要求不能溶解.
稳定剂PVP浓度对最终产物PGMA粒径的影响.在分散聚合过程中,PVP的用量加大,对
体系的保护作用增强,同时生成PVP-g-PGMA的数量也会增加,更有助于提高体系的稳定
性.此外随着PVP浓度的增加,连续相的粘度也会增加,核聚结速率将减小.所以共同作用的
结果使体系中形成的聚合物粒子数目增加,导致最终产物的粒径减小.在分散聚合中,稳定
剂的用量过低,将使分散体系得不到充分的保护,聚合物颗粒容易发生粘结;稳定剂的用量
过高,则因体系粘度过大,将会阻碍成核与核聚结,乃至影响颗粒的生长.
结果与讨论
分散聚合可认为是一种特殊类型的沉淀聚合.在反应之前,单体、引发剂和稳定剂都溶
于有机介质中,成为均相体系.聚合过程基本上可分为如下几个阶段:反应开始,引发剂分
解产生自由基,引发单体聚合.当反应生成的齐聚物链长达到某一临界值时,就独自或相互
聚结成核,并从介质中析出.这些核又相互聚结而形成聚合物粒子,与此同时也吸附稳定剂
以及稳定剂与聚合物链所生成的接枝共聚物(本文以PVP-g-PGMA的形式表示),使其颗粒
得以稳定.在颗粒成长阶段聚合物粒子将继续吸收介质中的单体与齐聚物,捕获游离的核,
并在颗粒内部聚合而使其粒径逐渐增大,直至反应结束.在分散聚合中,从成核聚结到聚合
物粒子形成,是反应体系由均相到非均相的转变时期.此阶段虽然持续时间很短,但却决定
了整个体系中所形成聚合物的颗粒数目.而这一数目在随后的反应中应当保持不变,才能最
终获得粒度均匀的产品.所以对于相关反应参数的研究,将主要围绕着这一关键环节进行.
(2)光聚合
光聚合是指化合物由于吸收光而引起分子量的增加的任何过程,其中也包
括预先生成的大分子进一步的光交联、某些光引发的嵌段共聚和接枝共聚等过
程。光聚合首先要求聚合体系中一个组分必须能够吸收某一波长范围的光能;
其次要求吸收光能的分子可进一步分解或者与其他分子相互作用而生成初级活
性种;在整个聚合过程中所形成的大分子化学键应是能经过光辐射的。在紫外
光照射下的聚合,有表面光引发接枝聚合方面的研究,用于有机结合无机材料
的表面改性,尤其在生物医学材料方面应用较多;有在氧化一原体系内添加光引
发剂合成PAN凝胶,用于凝胶电泳方面的研究和应用。近来激光诱导和离子引
发的光聚合有所报道,但在AM均相水溶液的光引发方面研究较少,尤其用光聚
合法合成PAM絮凝剂的研究,还未见报到。
光聚合反应的特点:
(1)聚合反应所需的活化能低,因此它可以在很大的温度范围内发生,特别
是易于进行低温聚合,这比由化学引发聚合优越得多。
(2)光聚合链反应是吸收一个光子导致大量单体分子聚合为大分子的过程,
从这个意义上讲,光聚合是一种量子效率很高的光反应,因而具有很大的实用
价值。
(3)光引发聚合速度在一定条件下主要取决于光引发剂的种类和浓度及光
照强度等,所以聚合速度较易控制。
(4)由于仅使用微量的光引发剂,因而可获得高纯度的聚合物。
(5)光聚合法的生产工艺简单易于操作,过程稳定,环保节能,投资少。其
产品纯度也高,质量也稳定,可以说是目前国内外最经济的生产方法,也是最
有前景的合成工艺。
所以根据以上各种方法的比较和光聚合的特点,本次实验采用光引发进行
PAM的合成,加入光引发剂后,光源发出的光不被分子直接吸收,而被光引发剂
分子吸收,然后把能量转移给AM分子。通过光引发可以加宽光化学反应的波长
范围,提高能量利用效率。
该法具有操作简便、过程易控制、环保节能和投资
少等优点,其产品纯度高,可能获得高分子量的PAM。
分散聚合是悬浮聚合的一种,是制造聚合物的稳定悬浮液的一种方法。它是一种
特殊的沉淀聚合,反应之前单体,溶剂,引发剂等是一个均一的体系,反应开始
以后,聚合物达到一定分子量后,从反应体系中沉淀出来,还有就是分散聚合要
向体系中加入稳定剂。
与悬浮聚合相像,但所用悬浮剂(如聚乙烯醇 )的浓度较高,且采用水溶性
引发剂(如过氧化氢),颗粒范围在0.5-10微米之间。将难溶于水的单体放入水
中并进行剧烈搅拌形成液滴而分散,聚合反应发生在液滴的表面上,称为分散聚
合。所用引发剂和分散剂是水溶性的,如明胶、甲基纤维素;聚乙烯醇及聚甲基
丙烯酸钠等。生成的聚合物固体粒子直径在0.01mm以下。主要用于生产聚乙酸
乙烯酯的“乳胶液”,也可直接用作胶粘剂、涂料和纤维、织物、纸张的处理剂
等。
聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或与其他单
体共聚得到聚合物的统称,是一种线性的水溶性高分子
聚合物„。由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基,易形
成氢键,使其具有良好的水溶性和很高的化学活性,易
通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物,具
有增稠、絮凝、助沉和稳定胶体等功能,被广泛应用于采
油、纺织、选矿、污水处理、造纸和生物医学等方面,有
“百业助剂”之称,其在精细化工领域的开发应用日渐
活跃,具有广阔的发展前景。采用光聚合技术进行
PAM的合成是一种效率高、用途广的高新技术,具有操
作简便、易控制、产品纯度高、分子量高、溶解速度快、投
资少、环保节能等优点,且易于实现工业化生产。目前国
内这方面的应用研究还很少,因而这一研究领域具有广
。
(2)光聚合
光聚合是指化合物由于吸收光而引起分子量的增加的任何过程,其中也包
括预先生成的大分子进一步的光交联、某些光引发的嵌段共聚和接枝共聚等过
程。光聚合首先要求聚合体系中一个组分必须能够吸收某一波长范围的光能;
其次要求吸收光能的分子可进一步分解或者与其他分子相互作用而生成初级活
性种;在整个聚合过程中所形成的大分子化学键应是能经过光辐射的。在紫外
光照射下的聚合,有表面光引发接枝聚合方面的研究,用于有机结合无机材料
的表面改性,尤其在生物医学材料方面应用较多;有在氧化一原体系内添加光引
发剂合成PAN凝胶,用于凝胶电泳方面的研究和应用。近来激光诱导和离子引
发的光聚合有所报道,但在AM均相水溶液的光引发方面研究较少,尤其用光聚
合法合成PAM絮凝剂的研究,还未见报到。
光聚合反应的特点:
(1)聚合反应所需的活化能低,因此它可以在很大的温度范围内发生,特别
是易于进行低温聚合,这比由化学引发聚合优越得多。
(2)光聚合链反应是吸收一个光子导致大量单体分子聚合为大分子的过程,
从这个意义上讲,光聚合是一种量子效率很高的光反应,因而具有很大的实用
价值。
(3)光引发聚合速度在一定条件下主要取决于光引发剂的种类和浓度及光
照强度等,所以聚合速度较易控制。
(4)由于仅使用微量的光引发剂,因而可获得高纯度的聚合物。
(5)光聚合法的生产工艺简单易于操作,过程稳定,环保节能,投资少。其
产品纯度也高,质量也稳定,可以说是目前国内外最经济的生产方法,也是最
有前景的合成工艺。
所以根据以上各种方法的比较和光聚合的特点,本次实验采用光引发进行
PAM的合成,加入光引发剂后,光源发出的光不被分子直接吸收,而被光引发剂
分子吸收,然后把能量转移给AM分子。通过光引发可以加宽光化学反应的波长
范围,提高能量利用效率。
从查新报告看,目前国内还没有与本课题在技术思路、研究方法及研究内
容上完全一致的文献报道。该法具有操作简便、过程易控制、环保节能和投资
少等优点,其产品是日本近年来研究开发的一种新型聚合方法,这种方法得到的
产物俗称“水包水乳液,w/w”, 它纯度高,可能获得高分子量的PAM。
由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基,易形成氢键,使其具有良好的水溶性和
很高的化学活性,易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物,