[发明专利]一种粒径、分子量及分子量分布可控的聚丙烯酰胺类聚合物的制备及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高分子聚合物合成领域，具体是一种粒径、分子量及分子量分布可控的聚丙烯酰胺类聚合物的制备及其工艺。

背景技术

聚丙烯酰胺是一种线型高分子聚合物，特别是因其球形颗粒具有亲水性强、非特异吸附、易于表面功能化和生物相容性好等优点，具有优良的增稠、絮凝、沉降、过滤、增粘、助留、净化等多项功能，广泛应用各个领域。制备PAM微球通常采用反相悬浮聚合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、分散聚合等方法，其中反相悬浮聚合难以控制聚合物粒径的单分散性，所使用的有机溶剂毒性较大，对环境污染较大；反相乳液聚合产物杂质含量多，乳液稳定性差，合成工艺复杂。分散聚合是由英国ICI公司研究者在2 0世纪70年代提出来的一种新聚合方法[参见：Barrett K E J. Dispersion polymerization in organic media[M]. New York: Interscience, 1975]。与其他聚合方法相比，分散聚合法生产工艺简单，能合理地解决散热问题，可适用于各种单体，能制备不同粒径为 0.1~10μm的单分散性聚合物微球。将丙烯酰胺类单体、引发剂和分散剂先溶于分散介质中，然后进行聚合反应。反应一段时间后，当生成的齐聚物链增长到临界链长时，聚合物因为溶解性变差而从介质中沉淀出来。在分散剂稳定作用下以微球颗粒的形式悬浮在分散介质中。目前聚丙烯酰胺的分散聚合一般都采用叔丁醇和水、乙酸乙酯和乙醇作分散介质合成单分散亚微米级聚丙烯酰胺（PAM）微球。

 

发明内容

本发明提供一种粒径、分子量及分子量分布可控的聚丙烯酰胺类聚合物的制备及其工艺。

分散可控聚合体系主要组成包括单体、引发剂、催化剂、配体、分散剂、反应介质等。反应初期聚合物链未达到临界链长时，体系是均相的。在初期的均相成核阶段，初始单体种类和浓度对聚合物粒子尺寸及其分布都有重要影响。单体可以改变介质对聚合物的溶解能力，影响低聚物的沉析临界链长。初始单体浓度越高，介质对聚合物链及分散剂溶解能力越强，最终聚合物微球体积趋于增大，尺寸分布变宽。

采用分散聚合与原子转移自由基聚合相结合，可以得到粒径可控，且分子量及分子量分布可控的聚合物。其制备方法是将单体、引发剂、催化剂、配体、分散剂和作为分散介质的溶剂放置于三口烧瓶中，超声波分散，置于恒温油浴锅进行聚合反应。反应结束后将反应混合物过滤，得到聚丙烯酰胺类聚合物。将得到的聚丙烯酰胺类聚合物用于转化率的测定、分子量及分子量分布测试、粒径测试。

本发明具有以下特点：（1）结合分散聚合与原子转移自由基聚合的优点。（2）催化剂易于分离，对聚合物性能影响降为最低。

 

具体实施方案：

实施例1：

称取7.1 g（100 mmol）丙烯酰胺、0.1987 g（1 mmol）四水合氯化亚铁、0.3543 g（3 mmol）丁二酸、5 g聚乙烯吡咯烷酮加入到含有20 ml 乙酸乙酯和20 ml无水乙醇的100 ml三口瓶中，超声波分散。将反应体系充氮排氧，在氮气保护下加入0.1640 g（1 mmol）偶氮二异丁腈的乙酸乙酯和无水乙醇溶液，用塞子将瓶口塞紧，置于预先设定温度的恒温油浴锅进行聚合。反应一段时间后，体系出现混浊。将反应混合溶液高速离心机分离，用乙醇多次洗涤，得到固体物真空干燥，得到聚丙烯酰胺。采用重量法测其转化率为62.3%，用凝胶渗透色谱分析其分子量为M_n,GPC=10500 g/mol，聚合分散度PDI=1.13。

 

实施例2：

称取7.1 g（100 mmol）丙烯酰胺、0.1987 g（1 mmol）四水合氯化亚铁、0.3322 g（2 mmol）间苯二甲酸、5 g聚乙烯吡咯烷酮加入到含有20 ml 乙酸乙酯和20 ml无水乙醇的100 ml三口瓶中，室温下超声波分散，充氮排氧，用塞子将瓶口塞紧，在氮气保护下加入0.1640 g（1 mmol）偶氮二异丁腈的乙酸乙酯和无水乙醇溶液，放置于油浴锅进行聚合。反应完成后，将反应混合溶液高速离心机分离，用乙醇多次洗涤，真空干燥，得到聚丙烯酰胺。采用重量法测其转化率为51.2%，用凝胶渗透色谱分析其分子量为M_n,GPC=11100 g/mol，聚合分散度PDI=1.12。

 

实施例3：