[发明专利]卟啉钴催化丙烯酰胺进行分散聚合制备纳米微球聚丙烯酰胺的方法

说明书

本发明公开了一种卟啉钴催化丙烯酰胺(AM)进行分散聚合制备纳米微球聚丙烯酰胺(PAM)的方法，制备方法包括如下步骤：采用分散聚合方法，将AM和间‑四羟乙基(4‑甲氧苯基)卟啉钴(II)溶解在乙醇‑水、DMF‑水中，在分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的作用下，形成均一稳定的PAM分散体系，其相对分子质量可达4.253×105，得到聚丙烯酰胺微球的粒径为最小150nm。较现有的PAM的分散制备方法，本发明的有益效果在于：没有使用乳化剂和引发剂；在聚合配方中只用到单体、卟啉钴催化剂和稳定剂，聚合工艺简单易于操作，反应条件温和；使用卟啉钴作为单一催化剂，不仅可以使AM在短时间内聚合，而且此类催化剂用量少，效率高，具有巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种丙烯酰胺均聚物的制备方法，特别是该聚合在一种活性较高的卟啉钴催化剂的作用下催化丙烯酰胺在在醇-水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)-水体系中进行分散聚合制备纳米微球聚丙烯酰胺(PAM)的方法。

背景技术

卟啉钴是由卟啉配体中心的N原子上的孤对电子与Co2+配位形成的金属卟啉配合物。金属卟啉在材料化学、药物化学、电化学、光物理与光化学、分析化学、有机化学、仿生化学等领域都具有十分广阔的应用前景。卟啉钴是卟啉类金属化合物中较为常见的一种，该配合物能够很好的催化具有不同溶解性及含有不同官能团的丙烯酸酯及丙烯酰胺类单体进行可控聚合。其活性中心单一，反应条件温和，转化率和选择性均较高，可以有效的控制分子量以及分子量分布，Fu等(Zhao，Yaguang；Dong，Huilong；Li，YouyongFu，XuefengLiving radical polymerization of acrylates and acrylamides mediated by aversatile cobalt porphyrin complex.Chem.Commun.2012，48，3506-3508.)以5-(4-(10-羟基-1-葵氧基)苯基)-10，15，20-三(2，4，6-三甲基苯基)卟啉钴(TMP-OH)Co作为催化剂，分别在极性与非极性介质中来合成用途较广且较难合成的丙烯酸酯和丙烯酰胺类单体的嵌段共聚物。

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物以及和其他单体的各种共聚物的统称，由于其分子主链的侧基上含有大量酰胺基团，具有很高的极性和良好的反应活性，被广泛应用于油田、水处理、造纸、矿冶、纺织、建材、农业和医学上，被称为“百业助剂”，“万能产品”。聚丙烯酰胺是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。其微球由于亲水性强、非特异吸附、易于表面功能化且生物相容性好，广泛应用于许多领域。制备功能性聚丙烯酰胺微球，最初常用乳液聚合法与悬浮聚合法进行配置，但其聚合方法理论虽然比较成熟，但会用到多种表面活性剂以及大量乳化剂，一定程度上降低了体系的稳定性能，而且所获得到的微球单分散性比较差。而目前所使用的分散聚合和无皂乳液聚合渐渐替代了传统方法，能够大幅度提升体系的稳定性且操作十分简便，产物一般为固体微粒，聚合方法不同，产物的粒径也不同。现阶段，聚丙烯酰胺微球能够依据相关需求，引入功能性基团，同时还具有pH值响应性、磁性、温敏性等多种性能，能广泛应用于多个领域。近几年以来，相关研究人员把无机纳米微粒和聚丙烯酰胺有效复合而成有机、无机复合微球，从而扩大了功能性聚丙烯酰胺类微球在磁学、热学、光学和电学等各个领域的应用。夏燕敏、宋晓芳等(夏燕敏，宋晓芳，于志省等.聚丙烯酰胺微球的制备方法及其在油田调剖封堵中应用的研究进展[J].石油化工，2014，43(6)：729-734.)分析了各种制备聚丙烯酰胺的微球的方法，以及影响聚合的工艺条件和所得PAM微球的性能。并且介绍了聚丙烯酰胺微球在在油田调剖封堵中的应用，不同粒径的聚丙烯酰胺微球适用于不同渗透率的油藏。未来的研究应加强数值模拟和分子设计以缩小聚丙烯酰胺微球在实验室研究与现场应用的差距。

综上所述，如今所制备的功能性聚丙烯酰胺类微球的方法越来越丰富，其不同的性能渐渐广泛用于医药、工业等多个领域，但其作用机理与评价手段仍需进一步完善

发明内容