李應(yīng)龍

摘 要：以淀粉為基材，采用長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨和丙烯酰胺為單體，通過溶液化學(xué)聚合接枝反應(yīng)得到一種新型共聚物。

關(guān)鍵詞：淀粉；丙烯酰胺；烷基烯丙基二甲基氯化銨；接枝共聚；季銨鹽

前言

季銨鹽是一種良好的殺菌劑，易溶于水。使用季銨鹽作為反應(yīng)單體與淀粉和丙烯酰胺合成的共聚產(chǎn)物具有處理油污能力強(qiáng)，對含色污水處理效果好，絮凝速度快，化學(xué)含氧量（COD）去處率高的優(yōu)點(diǎn)。由于長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨（RADM）比丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨擁有更大的分子鏈長，在水溶液體系中進(jìn)行淀粉、AM、RADM接枝共聚反應(yīng)，所得產(chǎn)品應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。文章以淀粉為基材，與AM、RADM進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，制備季銨鹽陽離子型淀粉接枝共聚物。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

淀粉、烷基烯丙基二甲基氯化銨（60%水溶液）、丙烯酰胺，過硫酸銨、尿素。

1.2 共聚物的合成

將定量的淀粉加入裝有攪拌器、溫度計(jì)和滴液漏斗的250mL三口燒瓶中，用適量的去離子水在攪拌下溶解，通氮驅(qū)氧30min后加入一定量的引發(fā)劑，將配制好的丙烯酰胺、烷基烯丙基二甲基氯化銨通過滴液漏斗緩慢加入，在45℃下反應(yīng)5小時(shí)，即得白色膏狀產(chǎn)品。

1.3 分析測試

接枝效率是乙烯基單體接枝在羧甲基纖維素上的質(zhì)量占乙烯基單體投料量的百分比。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合、高效引發(fā)劑的選用

在淀粉與AM、RADM進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)過程中，首先需要篩選出一種在反應(yīng)過程中具有高效能、穩(wěn)定性好、可操作性強(qiáng)的引發(fā)劑。常用的引發(fā)劑主要有鈰鹽、過硫酸鹽、過氧化物、高錳酸鉀、硫酸、尿素。實(shí)驗(yàn)中對各種引發(fā)劑及引發(fā)劑復(fù)合物的引發(fā)效率進(jìn)行了考察，確定了共聚反應(yīng)中使用的引發(fā)劑，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

在本實(shí)驗(yàn)過程中，使用過硫酸銨-尿素復(fù)合引發(fā)時(shí)，單體轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物的特性粘數(shù)都最高。

2.2 反應(yīng)溫度的影響

保持其它反應(yīng)條件不變，調(diào)整共聚反應(yīng)溫度，考察溫度條件對接枝率和特性粘數(shù)的影響，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，在低溫區(qū)域中，接枝率和特性粘數(shù)隨反應(yīng)溫度升高而增大。當(dāng)溫度控制在45℃時(shí)，反應(yīng)得到產(chǎn)物的接枝率和特性粘數(shù)達(dá)到最大值。當(dāng)控制反應(yīng)溫度高于45℃后，接枝率和特性粘數(shù)都下降。導(dǎo)致這種變化趨勢的原因是由于：當(dāng)溫度小于45℃時(shí)，升高溫度能夠有效促進(jìn)引發(fā)劑的分解，產(chǎn)生較多的自由基引發(fā)共聚反應(yīng)，同時(shí)升高溫度可以使淀粉的膨脹性增加，引發(fā)劑容易進(jìn)入淀粉內(nèi)部與之反應(yīng)，產(chǎn)生更多的淀粉自由基，因此，接枝率和特性粘數(shù)隨溫度升高而增大；當(dāng)溫度大于45℃時(shí)，雖然上述傾向依然存在，但鏈終止速率大大加快，使得接枝率和特性粘數(shù)下降。同時(shí)隨著反應(yīng)溫度的增加，單體反應(yīng)趨于完全，分子量不斷增加，所以溶解時(shí)間隨反應(yīng)溫度增加而增加?？紤]兩方面因素的影響作用，實(shí)驗(yàn)選定反應(yīng)溫度為45℃。

2.3 淀粉與單體配比的確定

改變原料單體的配比，可以得到不同性能的共聚物，其各項(xiàng)性能見表2。隨著反應(yīng)單體含量的增加，共聚反應(yīng)的接枝效率和轉(zhuǎn)化率以及特性粘數(shù)也增加，但含量過高，其性能反而會降低。這是由于反應(yīng)單體的濃度增加時(shí)，產(chǎn)生的單體自由基也開始增加，利于與淀粉上的自由基發(fā)生接枝共聚反應(yīng)。但單體自由基過多，就會致使鏈終止反應(yīng)加速，產(chǎn)物性能隨之降低。

3 結(jié)束語

以淀粉為基材，采用長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨（RADM）和丙烯酰胺（AM）為單體，通過溶液聚合進(jìn)行接枝反應(yīng)制備共聚物。在以過硫酸銨-尿素為引發(fā)體系，淀粉與單體的質(zhì)量比為1：1.5，反應(yīng)溫度45℃，接枝效率高達(dá)98.36%。