淀粉接枝AM、RADM共聚物的制備與性能表征

李應龍

摘 要：以淀粉為基材，采用長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨和丙烯酰胺為單體，通過溶液化學聚合接枝反應得到一種新型共聚物。

關鍵詞：淀粉；丙烯酰胺；烷基烯丙基二甲基氯化銨；接枝共聚；季銨鹽

前言

季銨鹽是一種良好的殺菌劑，易溶于水。使用季銨鹽作為反應單體與淀粉和丙烯酰胺合成的共聚產物具有處理油污能力強，對含色污水處理效果好，絮凝速度快，化學含氧量（COD）去處率高的優點。由于長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨（RADM）比丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨擁有更大的分子鏈長，在水溶液體系中進行淀粉、AM、RADM接枝共聚反應，所得產品應具有良好的穩定性。文章以淀粉為基材，與AM、RADM進行接枝共聚反應，制備季銨鹽陽離子型淀粉接枝共聚物。

1 實驗

1.1 原料

淀粉、烷基烯丙基二甲基氯化銨（60%水溶液）、丙烯酰胺，過硫酸銨、尿素。

1.2 共聚物的合成

將定量的淀粉加入裝有攪拌器、溫度計和滴液漏斗的250mL三口燒瓶中，用適量的去離子水在攪拌下溶解，通氮驅氧30min后加入一定量的引發劑，將配制好的丙烯酰胺、烷基烯丙基二甲基氯化銨通過滴液漏斗緩慢加入，在45℃下反應5小時，即得白色膏狀產品。

1.3 分析測試

接枝效率是乙烯基單體接枝在羧甲基纖維素上的質量占乙烯基單體投料量的百分比。

2 結果與討論

2.1 復合、高效引發劑的選用

在淀粉與AM、RADM進行接枝共聚反應過程中，首先需要篩選出一種在反應過程中具有高效能、穩定性好、可操作性強的引發劑。常用的引發劑主要有鈰鹽、過硫酸鹽、過氧化物、高錳酸鉀、硫酸、尿素。實驗中對各種引發劑及引發劑復合物的引發效率進行了考察，確定了共聚反應中使用的引發劑，其實驗結果如表1所示。

在本實驗過程中，使用過硫酸銨-尿素復合引發時，單體轉化率、產物的特性粘數都最高。

2.2 反應溫度的影響

保持其它反應條件不變，調整共聚反應溫度，考察溫度條件對接枝率和特性粘數的影響，結果見圖1。

從圖1可以看出，在低溫區域中，接枝率和特性粘數隨反應溫度升高而增大。當溫度控制在45℃時，反應得到產物的接枝率和特性粘數達到最大值。當控制反應溫度高于45℃后，接枝率和特性粘數都下降。導致這種變化趨勢的原因是由于：當溫度小于45℃時，升高溫度能夠有效促進引發劑的分解，產生較多的自由基引發共聚反應，同時升高溫度可以使淀粉的膨脹性增加，引發劑容易進入淀粉內部與之反應，產生更多的淀粉自由基，因此，接枝率和特性粘數隨溫度升高而增大；當溫度大于45℃時，雖然上述傾向依然存在，但鏈終止速率大大加快，使得接枝率和特性粘數下降。同時隨著反應溫度的增加，單體反應趨于完全，分子量不斷增加，所以溶解時間隨反應溫度增加而增加。考慮兩方面因素的影響作用，實驗選定反應溫度為45℃。

2.3 淀粉與單體配比的確定

改變原料單體的配比，可以得到不同性能的共聚物，其各項性能見表2。隨著反應單體含量的增加，共聚反應的接枝效率和轉化率以及特性粘數也增加，但含量過高，其性能反而會降低。這是由于反應單體的濃度增加時，產生的單體自由基也開始增加，利于與淀粉上的自由基發生接枝共聚反應。但單體自由基過多，就會致使鏈終止反應加速，產物性能隨之降低。

3 結束語

以淀粉為基材，采用長鏈烷基烯丙基二甲基氯化銨（RADM）和丙烯酰胺（AM）為單體，通過溶液聚合進行接枝反應制備共聚物。在以過硫酸銨-尿素為引發體系，淀粉與單體的質量比為1：1.5，反應溫度45℃，接枝效率高達98.36%。