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冷冻聚合制备聚丙烯酰胺以及引发剂量对聚合的影响
龚智良
230026,中国科技大学,高分子科学与工程系
摘要用冷冻聚合的方法合成了聚丙烯酰胺。先用过滤及重结晶纯化了用作冷冻聚合的单体
丙烯酰胺,然后使用过硫酸铵为引发剂,用水作为反应介质,N2为反应气氛,并加入四甲
基乙二胺作为中和由过硫酸铵生成的硫酸氢铵等酸性物质。通过两组加入不同引发剂量的
实验组得到引发剂浓度对丙烯酰胺冷冻聚合的影响,从而得到关于冷冻聚合的进一步认识。
关键词丙烯酰胺,冷冻聚合,引发剂浓度,过硫酸铵,四甲基乙二胺
引言制备出温敏性双亲性嵌段共聚物。
冷冻聚合(cryopolymerization)是在冷冻聚合体系简单,仅由单体、水和引
聚合体系冰点以下温度进行的聚合反应。冷发剂构成,产物无需经特殊的后处理工序,
冻聚合制备出的具有大孔隙的材料在蛋白对环境无污染。特别适合用于合成水溶性或
质的纯化、生物反应器、组织工程、酶的固亲水性等水性高分子材料。将反应原料经冷
定和水的纯化等方面的用途日益重要。冻后置于低温环境即可进行聚合,聚合热量
通过冷冻聚合,单体在低温凝固的溶剂容易散去,聚合过程易于操作。在水性高分
作为致孔剂的情况下形成具有多孔性的高子材料合成方面,冷冻聚合除了可用于合成
分子结构。当含有单体、水和引发剂的混合高分子量的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸等水溶
物在低温下凝固后,溶质分子(引发剂和单性高分子以外,还可以用来合成强吸水性树
体)从结冰的水中排出,在冰之间没有结冰脂等接枝共聚物和水凝胶等交联聚合物。可
的一些小区域富集。聚合在冰之间的一些没以想象,由于冷冻聚合低温反应的特点,可
有结冰的区域进行,因此,当冰融化之后就以避免高温导致的各种副反应的发生,提高
可以得到具有大孔隙的材料。[1] 产品的稳定性。
在略低于聚合体系冰点温度进行的轻度研究冷冻聚合的过程中,研究人员已得
冷冻聚合,以水作为反应介质,为自由基参出一些冷冻聚合基本规律。对温度对聚丙烯
与的聚合反应,如水溶性的烯类单体的自由酰胺冷冻聚合的研究发现,在-C 聚合,
基聚合和苯胺的氧化偶联聚合。综合分析现得到的产品分子量最高;进一步降低温度反
有的轻度冷冻聚合的结果,它的优越性在于而导致分子量和收率下降;而单体浓度对丙
低的聚合温度。首先,聚合物的分子量一般烯酰胺的影响与常规的自由基聚合相同;引
随聚合温度的降低而升高,因此冷冻聚合可发剂浓度对冷冻聚合的影响基本遵循自由
以获得高分子量的聚合物,例如采用冷冻聚基聚合规律,但是很低引发剂浓度下,会形
合可以获得分子量高达 13MDa 的聚丙烯酰成不溶性冻胶;混合和冷冻过程对冷冻聚合
胺,而采用反相微乳液聚合得到的聚丙烯酰影响大而复杂。[2]
胺的分子量小于 10MDa。而且反相微乳液聚本实验所用单体丙烯酰胺是一种水溶性
合对物料的纯度要求极高,后处理繁琐。其的单体,合成的聚丙烯酰胺也是一种水溶性
次,低温使聚合体系宏观上为固体,即使微的高分子。聚合反应的方程式如下:
观局部的液体也具有相当高的粘度,高分子
链的链段运动被冻结,使得高分子链难以发
-15℃
生双分子终止,增长链自由基的寿命可以大
大延长,由此为制备特殊构造的聚合物材料
提供了可能。例如,采