梳型丙烯酰胺共聚物的合成、性能及其結構的研究.pdf

1、本文合成出新型大單體 4-乙烯基芐基辛烷基酚聚氧乙烯醚(VBPOE)，并用 1H-NMR 表征了其分子結構。以丙烯酰胺(AM)為主要原料，引入大單體 VBPOE和適量的 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉(NaAMPS)，采用自由基膠束聚合法合成了梳型共聚物 PAVA。研究了各種反應因素對共聚物溶液增粘性能的影響，得到了適宜的共聚合反應條件。并通過 FT-IR和 1H-NMR 對其分子結構進行了表征。 VBPOE加量為2.0％(摩

2、爾分率)時，0.10g/dL和0.20g/dL PAVA水溶液的表觀粘度分別為231.2mPa·s和2464mPa·s；0.15g/dL和0.20g/dL PAVA在5000 mg/L NaCl鹽水溶液中的表觀粘度仍分別為112.7mPa·s和 456.9mPa·s(45℃，7.34s-1)，表明共聚物具有優(yōu)良的增粘和抗鹽能力。升高溫度，聚合物溶液表觀粘度增加，0.20g/dL PAVA 在 5000mg/L NaCl 鹽水溶液中于33

3、.5℃的表觀粘度最大，為569.3mPa·s，繼續(xù)升溫到 75℃，溶液表觀粘度緩慢下降；0.20g/dL PAVA在5000mg/L NaCl鹽水溶液中于 45℃老化30d 后，溶液粘度為187.1mPa·s，粘度保留率為41.1％，表明共聚物具有良好的抗溫及抗老化性能。在剪切作用下，共聚物PAVA 溶液表現(xiàn)出剪切增稠行為，剪切回復試驗說明共聚物溶液具有良好的抗剪切能性和良好的觸變性能。 動態(tài)粘彈性實驗研究表明，共聚物淡水溶液的

4、彈性模量 G′與粘性模量 G″隨聚合物濃度的增加而增大，隨角頻率的增加呈現(xiàn)上升趨勢。NaCl的加入使 PAVA 溶液的 G′與 G″的變化不大，這完全有別于線型的疏水締合聚合物，低角頻率下，G′與 G″基本不變，高角頻率下，溶液的 G′和 G″明顯增加，在0.05～50rad/s內，0.20g/dL PAVA在5000mg/L、20000mg/L、30000mg/L NaCl鹽溶液中的復合粘度均高于動態(tài)粘度，均表現(xiàn)為以彈性行為為主的流體

5、，其中以5000mg/L NaCl鹽溶液的彈性特征最明顯。 以芘作探針，采用熒光光譜研究了梳型聚合物PAVA溶液的疏水締合微區(qū)的微環(huán)境極性。通過研究發(fā)現(xiàn)，在淡水中，隨著聚合物濃度的增大，疏水基團的分子間締合作用增強，疏水微區(qū)的數(shù)量增多,使芘探針所處微環(huán)境非極性增大，1/I3值減小，0.05g/dL和0.20g/dL PAVA溶液的I1/I3值分別為1.63和1.35；在5000mg/L NaCl鹽溶液中，隨聚合物濃度的增大，I1

6、/I3值的下降幅度大于淡水中的下降幅度，0.05g/dL和0.20g/dL PAVA溶液的I1/I3值分別為1.53和1.31。在淡水和5000mg/L NaCl 鹽溶液中，聚合物濃度增加，分子間締合作用增強，締合結構的尺寸和數(shù)量增加，使得Ie/Im值均增大。 SEM的研究表明，淡水中，0.1g/dL PAVA溶液存在游離的締合體，聚合物濃度增大到 0.20g/dL，分子間締合作用增強，聚合物溶液中的聚集結構轉變?yōu)檫B續(xù)的締合結構

7、，同時也存在緊密的小締合體，聚合物濃度繼續(xù)增大到0.25g/dL，由于更伸展的分子鏈構象和更強的締合作用，連續(xù)的締合結構更完善，更清晰，宏觀上表現(xiàn)出更高的表觀粘度。0.20g/dL PAVA在5000mg/L NaCl溶液中，形成了由大的片狀締合結構互相聚集在一起的連續(xù)締合體系，聚合物濃度增大到0.25g/dL，疏水基團的分子間締合作用增強，聚合物大分子形成了尺寸更大、更緊密的樹枝狀連續(xù)締合體系，致使其在鹽溶液中保持更高的表觀粘度，揭示