论文部分内容阅读
阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是一种最重要的水溶性聚合物,被广泛应用于造纸、采矿、污水处理、采油等领域,特别是作为絮凝剂。现有絮凝剂多以高分子量的线性无规CPAM为主,但存在阳离子利用效率低、溶解时间长、溶液粘度大等问题,急需设计和定制高性能新型结构CPAM。此外,鉴于生产CPAM的溶液聚合法效率低、反相乳液聚合法引入大量表面活性剂与有机溶剂,需开发以水为连续相、适合高固含CPAM合成的分散聚合方法。为此,本文使用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺(AM)无规共聚物作为大分子RAFT链转移剂(mCTA)与分散聚合稳定剂,进行AM的RAFT水相分散聚合,其中硫酸铵(AS)水溶液为连续相;mCTA经过AM反应扩链,可合成嵌段型阳离子聚丙烯酰胺CPAM;在分散聚合发生相分离后,将二烯类交联剂以半连续操作方式加入聚合体系中,定制出以超支化聚丙烯酰胺为核、外臂末端带阳离子型共聚物的核壳型CPAM;该核壳型CPAM具有优异的絮凝性能,可应用于污水絮凝与造纸。本文主要研究了使用CPAM 阳离子无规共聚物在水溶液中调控AM的RAFT聚合动力学,探究了不同聚合条件对动力学的影响,并建立了 RAFT溶液聚合模型。在此基础上,进行了 AM在AS水溶液中的RAFT分散聚合,研究了体系相分离行为及不同聚合条件对聚合动力学的影响,提出了水相RAFT分散聚合机理,并建立了 RAFT分散聚合模型。此外,通过半连续水相RAFT分散聚合,定制了核壳型CPAM,研究了聚合物结构对絮凝、造纸助滤与纸张干强性能的影响,并与工业样品进行了比较。获得了以下主要结论:1.开发了 一种高效定制高性能CPAM的聚合方法。使用电荷密度较高的无规CPAM作为大分子链转移剂和稳定剂调控AM的RAFT分散聚合,可构建末端集中阳离子聚合物的核壳型CPAM所需的前驱体,实现了 CPAM的绿色合成。2.通过相分配及动力学研究,揭示了 AM水相RAFT分散聚合机理,阐明了分散相物质富集与扩散控制是分散聚合加速的主要原因。通过建立RAFT分散聚合动力学模型,提升了对AM的RAFT水相分散聚合过程的理解。3.将半连续操作方式与RAFT分散聚合有机地结合,构建并定制了 一种具有超支化PAM核、外臂末端带较高电荷密度阳离子共聚物的核壳型CPAM。该CPAM具有良好絮凝和干强性能,可有效利用其阳离子且易溶解。本文使用RAFT分散聚合实现了性能优异的CPAM的定制,该聚合物有望实现工业化应用。本文同时为构建核壳型结构聚合物提供了一种高效的合成思路。