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丙烯酰胺阳离子瓜尔胶的低温接枝聚合

发布日期:2015-07-07 10:48:35

丙烯酰胺阳离子瓜尔胶的低温接枝聚合

用硫酸铈铵引发阳离子瓜尔胶与丙烯酰胺的低温(10 °C)水溶液接枝聚合,重点研究单体与引发 剂浓度对接枝参数的影响规律,获得了最佳聚合条件。实验表明,阳离子瓜尔胶与丙烯酰胺的聚合速度 明显快于未改性瓜尔胶;随着单体浓度的增加,转化率、接枝率逐渐增加接枝效率高达95%;进一步增 加单体浓度1 3mol/L),转化率、接枝率下降速度较快,接枝效率下降缓慢;随着引发剂浓度增加转 化率和接枝率增加到最大值而引发剂浓度继续增加3. 3X 10一4mol/L),所有接枝参数下降。红外 光谱图和热失重数据证实发生了接枝聚合反应。

天然瓜尔胶遇水易溶,其水溶液具有低浓 高黏度性质,但是未改性瓜尔胶水不溶物含量 高,易生物降解,其工业用途受到限制。在瓜尔 胶甘露糖主链接枝丙烯酰胺,既能充分发挥天 然多聚糖无毒、抗剪切的性质,又能赋予聚丙烯 酰胺优异的减阻性、絮凝性,以及实现侧链 PAM分子量的可控性。目前大量的研究主要 集中在铈盐引发瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶[1]与丙 烯酰胺(AM)的室温水溶液接枝共聚上,而对 阳离子瓜尔胶的接枝聚合研究则较少。
分子结构中带有季铵基团的阳离子瓜尔胶 (CGG)本身显示正电荷性质,在造纸行业作为 助留助滤剂[23],它可以提高细小组分和碳酸 钙填料的留着,尤其适用于白水循环和损纸回 用系统。CGG的合成采用溶剂法工艺,由于醚 化效率低,醚化温度高,糖苷在碱性反应条件下 容易断裂,降低了分子质量,难于同时获得高电 荷密度和高黏度产品,削弱了其应用性能。因 此,研究CGG和AM的接枝聚合反应,以提高 产品的综合性能很有必要。本文在低温(10 °C)用铈盐引发丙烯酰胺一阳离子瓜尔胶的水溶液接枝聚合,获得了较高转化率和接枝效率 的共聚物,重点研究了单体浓度、引发剂用量对 接枝参数的影响。
随着AM浓度的增加,转化率 逐渐增加到100!%,接枝率递增,当单体浓度继 续增加,转化率保持在100%不变;当单体浓度 进一步增加(> 1.3mol/L),转化率反而下降, 而接枝率继续增加到最大值14.16。体系中单 体浓度增加,与大分子自由基接触的机会增加, 故而转化率和接枝率提高,但进一步增加单体 浓度,聚合生成的大分子链增多,体系黏度增 大,限制了单体分子的扩散;并且大分子自由基 和单体的链终止机会增加,使转化率降低,但接 枝上的AM总量增加了,因而接枝率并不下 降。从Fig.还可以看出,低温下接枝效率均 大于95 %,不受AM浓度的影响。原因在于低 温下AM的均聚反应受到限制,发生接枝聚合 的几率大大高于高温和室温条件。因此,为保证高的转化率和接枝效率,适宜的单体浓度定 为 1. 3 mol/ L。
且随着CGG取代度的増加,与AM的接枝聚 合速度提高,这可能是因为阳离子瓜儿胶的水 溶性更好,分子链更易舒展,和Ce (IV)接触的 机会増加,产生更多的自由基,从而引发接枝聚 合反应的发生。但进一步提高阳离子取代度, 由于体积位阻效应,聚合速度反而有所降低。 Tab. 2表明:当体系温度升高,聚合反应速度和 接枝速度増加缓慢,从减少均聚物含量,获得高 接枝效率产品的目的出发,10 °C进行聚合反应 具有很大的优势。
以硫酸铈铵作引发剂,合成了阳离子瓜尔 胶和丙烯酰胺的低温接枝共聚物,确定了适宜 的聚合条件。FT-IR谱图表明丙烯酰胺成功接 枝到阳离子瓜尔胶主链上,且CGG1-g-PAM接 枝产物的热稳定性能明显好于阳离子瓜尔胶和 聚丙烯酰胺。阳离子瓜尔胶和丙烯酰胺的低温 水溶液聚合具有接枝效率高(GE> 95 %)均聚 物含量低且接枝聚合速度明显提高的特点,从 而显示了瓜儿胶阳离子醚化改性的必要性。
 
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