低分子量聚丙烯酰胺的阳离子改性.pdf

第41卷第4期
化工技术与开发
Vol41 No 4
2012年4月
Technology &Development of Chemical Industry
Apr.2012
研究与开发
低分子量聚丙烯酰胺的阳离子改性
张彦昌,王冬梅,李天仚,赵献增
(河南省精细化工重点实验室,河南郑州450002)
摘要:采用基团转化法合成了低分子量的阳离子聚丙烯酰胺,以自制固含量40%的聚丙烯酰胺水溶液为基本原
料,运用 Mannich反应使聚丙烯酰胺与甲醛和二氰二胺分二步分别在碱性和酸性的水介质中反应生成低分子量的阳离
子聚丙烯酰胺PAM.MC。第一步反应条件:pH为10.5~10,温度为45℃,第二步反应条件:pH为25-3.0,温度为50℃。
运用红外光谱、元素分析对两步反应所得到的产物PAM.M和PAM.MC进行鉴定和表征,确定该实验两步反应均得到了
日标产物。
关键词:二氰二胺;改性;阳离子聚丙烯酰胺
中图分类号:TQ322.44
文就标识码:A
文章编号:1671-99052012)04000-02
聚丙烯酰胺(PAM)是水溶性高分子化合物中PAM.MC。
应用非常广泛的品种之一,被广泛应用于絮凝、增
稠、减阻、粘结、阻垢等领域。其中阳离子型聚丙烯1实验
跣胺因阳离子基团的电荷吸附作用使其更加适用于1.1原料
污水处理和造纸等领域,随着全球水资源的污染以
聚丙烯酰胺(实验室自制)甲醛(工业级),二氧
及人类对水资源的重视程度增加,阳离子聚丙烯酰二胺(化学纯
胺的研究越来越受到科研人员的关注。
.2合成
制备阳离子聚丙烯酰胺的方法通常是共聚法和
羟甲基化聚丙烯酰胺(PAM.M)的合成:按照甲
改性法。共聚法一般难以制备出高阳离子单体配比醛与酰胺基的比例为2.5:1,计算出所需40%聚丙
的共聚物;改性法在早期的美国专利中就有报道,用
PAM与阳离子化的氨基一醛类树脂反应制备阳离
烯酰胺与37%甲醛的量,在烧杯中称重后加适量的
水搅拌混合均匀,然后用20%NaOH溶液调节pH至
子聚内烯晓胶,产品生产价格便宜,凝数果好,(但10510,倒人装有温度计、电动搅拌器和回流冷凝
是存放时间有限。目前,采用最多的方法是对非离管的20mL四口反应瓶中,使其在破性条件下反应
子型PAM进行 Mannich反应改性。 Mannich反应
是将聚丙烯酰胺进行胺甲基化,即将PAM和甲醛
4h,温度控制在45~50℃,然后将得到的产物倒出,用
仲胺进行反应,产物为二甲胺基-N-甲基丙烯酰胺聚
异丙醇沉淀蒸馏水洗涤再沉淀得到固体PAM.M。
阳离子聚丙烯酰胺(PAM.MG)的合成:将得到
合物。若再与硫酸二甲酯反应,就生成季胺盐。在
这个反应中使用的胺一般是二甲胺(DM)、二乙胺
的固体PAM.M与二氰二胺按一定比例溶解于蒸馏
水中,搅拌混合均匀配成较稀溶液,用HCI水溶液
(DEA)、N,N-甲基乙基胺(MEA)乙二胺(EDA)哌
调节pH至2.5-3.0,将其倒人装有温度计、电动搅拌
啶、N,N-二甲基丙二胺( DMADA)、N甲基对二氮己
器和回流冷凝管的250mL四口反应瓶中,使其在酸
烷(MDAH),这些胺类物质在我国还需进口?。因
性条件下反应2h,温度控制在45~50℃,反应完全后
此,本实验选用了价格较便宜的国产二氰二胺对聚
丙烯酰胺进行改性,制备了一种阳离子聚丙烯酰胺
将其倒出,用丙酮沉淀蒸馏水溶液再沉淀得到固体
基金项目:河南省杰出人才基金项目(114200510020
作者简介:张彦昌,男,硬土,主要从事水溶性高分子材料的研究开发工作。联系方式:郑州市红专路56号,45000,0371
5511796,zhyanchang@126.com
收稿日期:2012-01-04
化工技术与开发
第41卷
的PAM.MG。
PAM与甲醛反应的取代度为S,则AM及AM.M单
1.3分析
元分别为(C2HIN)1s和(C,H2N)s,C=3x(1-S)
TR: Nigaku-170SX红外吸收仪;元素分析:+4S=3+S,H-S(1-S)+7S=5+25,N=(1-S)+S=1,
Thermo公司 dash EA1112元素分析仪。
H/C=(5+2S)/(3+S),N/C=1/(3+S)。由于样品中
含有水分,所以应由NC求S值,计算结果为2.33
2结果与讨论
求出的S值大于100%,出现这种情况的原因可能是
2.1红外光谱分析
反应配比中甲醛含量高(2.5:1),PAM.M与甲醛反
将PAM、PAM.M和PAM.MG分别溶于水中,进
应后用异丙醇沉淀时甲醛没有除净,所得产品PAM.
行红外光谱测定,谱图见图1。
M不纯,其中有含C的其他小分子杂质,使C的含
PAM
量偏高。
PAMM
? PAMIMG
如果按第一步取代度为100%,设第二步取代度
,为P,则PAM.MC的组成式为(CH-N)p+(CHIN、)p,
C=44P+6P=4+2P,N=1-P+5P=1+4P,NC=(1+4P)
/(4+2P)。计算得PAM.MG的P值为0.1001,即PAM.
M与二氧二胺发生了反应,生成了目标产物PAM.
MG,并且与设计取代度15%接近,说明实验条件控制
35003000
20020001500
1000
500
较好,改变二氰二胺用量,可以通过控制得到不同取
Wavenumber/Cm-1
代度的阳离子聚丙烯酰胺。
图1PAM、PAM.M和PAM.MG红外谱图
表1PAM.M和PAM.MG的C、H、N元素分析
Fig. I FT-IR of the PAMPAM.M and PAM. MG
Table 1 The C H N content of PAM.M and PAM.MG
PAM和PAM.M结构的区别在于后者多了1个
ple name
N/%
%H/%
CH2-OH基团,从图1可知PAM和PAM.M的差别
PAM.M (theoretical value
13.8647.5
6.93
主要为PAM.M在1065cm'及3010cm'处多了2 PAM.MG( theoretical value)31.6732.58543
个峰,分别为C-0和C-H键的伸缩振动吸收,表明PAM.M( measured value)
9.09
41.62
7.41
PAM已与甲醛发生反应,生成含CH2-OH基团的产
PAM.M (measured value
14.7
44.337.25
物。 PAM.MG在2200cm'(C=N键伸缩振动)和参考文献
1065cm'(C-0键伸缩振动)处无强吸收峰,且在[]lB.KSog, M.S. Gho.K.Yon,etal, Dispersion Polyme
1680m1(C=NH2基团中C=N键的伸缩振动)处
rization of Acrylamide with Quaternary Ammonium Cationi
有弱吸收,与文献叫报道一致,由此可知,PAM.M