P(AM-AMPS)微凝膠在不同交聯(lián)劑下的合成研究

趙秀麗，劉 達(dá)

(大慶師范學(xué)院，黑龍江 大慶 163712)

微凝膠粒子是尺寸在納微米級別、具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物膠體微粒。近年來，研究者致力于聚合物微凝膠粒子的物理特性及其應(yīng)用開發(fā)研究[1]。微凝膠的制備方法較多，常見的有以下幾種方法：溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、無皂乳液聚合、非水分散聚合和沉淀聚合。聚合反應(yīng)大多為自由基聚合，也有報道通過陰離子聚合制備微凝膠的方法[2-3]。本文選用兩種不同的交聯(lián)劑對P(AM-AMPS)微凝膠進(jìn)行聚合，觀察交聯(lián)劑對微凝膠合成的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

主要儀器有Bruker-Tensor 27型傅立葉變換紅外光譜儀，磁力攪拌器，震蕩器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑合成微凝膠；

(2)以甲醛/苯酚為交聯(lián)劑合成微凝膠；

(3)考查不同交聯(lián)劑介質(zhì)對微凝膠合成的影響。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 微凝膠的制備

用移液管稱取一定量的無水乙醇及蒸餾水放入貼好標(biāo)簽的燒杯內(nèi)，放置在攪拌器上攪拌均勻，用電子天平稱取一定量的丙烯酰胺放入燒杯中使其充分溶解，然后稱取穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮加入到燒杯攪拌使其完全溶解，再加入稱量好的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸使其充分溶解后放入環(huán)偶氮脒類引發(fā)劑，待其完全溶解后，用微量移液器加入指定的交聯(lián)劑。將燒杯中的混合溶液移入200 mL的具塞試管中，在45℃震蕩狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)[4]。

2.2 N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑合成微凝膠

(1)根據(jù)文獻(xiàn)資料，醇水比分別為9∶1、8∶2、7∶3，6∶4，5∶5，醇水總量為20mL的條件下，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

表1 醇水比不同條件下的參數(shù)

實(shí)驗(yàn)1至實(shí)驗(yàn)3初配成溶液時均為透明溶液，實(shí)驗(yàn)1常溫下靜置12 h后變?yōu)橥该饕后w，在45℃恒溫水浴震蕩12 h后仍為液體無變化；實(shí)驗(yàn)2常溫靜置12 h后仍為液體，與溶液初配置時并無明顯變化，在45℃恒溫震蕩12 h后溶液變渾濁；實(shí)驗(yàn)3醇水比為7∶3在常溫靜置12 h后無明顯變化，在45℃恒溫震蕩12 h后為白色混濁液體靜置到室溫后變?yōu)榘咨酄睿砻媪翝桑粚?shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5溫靜置12 h后有白色沉淀產(chǎn)生，在45℃恒溫震蕩12 h后變化不明顯。因此醇水比選為7∶3較為適宜。

(2)改變交聯(lián)劑的用量，醇水比選為7∶3，醇水總量為20 mL，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)1常溫靜置12 h后仍為液體，與溶液初配置時并無明顯變化，在45℃恒溫震蕩12 h后溶液變渾濁；實(shí)驗(yàn)2在常溫靜置12 h后無明顯變化，在45℃恒溫震蕩12 h后為白色混濁液體靜置到室溫后變?yōu)榘咨酄睿砻媪翝桑粚?shí)驗(yàn)3常溫靜置12 h后有白色沉淀產(chǎn)生，在45℃恒溫震蕩12 h中出現(xiàn)大量的白色團(tuán)狀物，黏在試管底部。因此當(dāng)前體系引發(fā)劑用量選為0.3 g為宜。

表2 引發(fā)劑用量不同條件下的參數(shù)

2.3 甲醛/苯酚為交聯(lián)劑合成微凝膠

(1)根據(jù)文獻(xiàn)資料，甲醛/苯酚以2∶1，總量5mL，觀察醇水比分別為9∶1、8∶2、7∶3，6∶4，5∶5，醇水總量為20 mL的條件下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

表3 醇水比不同條件下的參數(shù)

實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2溶液為淺橘色，在常溫下靜置12 h無變化，在45℃恒溫水浴震蕩后同靜置現(xiàn)象相同，并無變化。實(shí)驗(yàn)3顏色為淡黃色，經(jīng)12 h震蕩溶液顏色加深，略顯粘稠；后經(jīng)靜置一段時間變?yōu)橥该髂z質(zhì)。實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5經(jīng)12 h震蕩后出現(xiàn)沉淀分層的現(xiàn)象。因此醇水比選為7∶3比較適宜。

(2)改變交聯(lián)劑的用量，醇水比選為7∶3，醇水總量為20mL的條件下，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

表4 引發(fā)劑用量不同條件下的參數(shù)

實(shí)驗(yàn)1為淺橘色，在常溫下靜置12 h無變化，在45℃恒溫水浴震蕩12 h后溶液稍顯渾濁。實(shí)驗(yàn)2顏色為淡黃色，經(jīng)12h震蕩溶液顏色加深，略顯粘稠；后經(jīng)靜置一段時間變?yōu)橥该髂z質(zhì)。實(shí)驗(yàn)3顏色為淡黃色，經(jīng)12 h震蕩溶液顏色加深，黏度明顯增大；后經(jīng)靜置一段時間變?yōu)橥该髂z質(zhì)。實(shí)驗(yàn)4經(jīng)12 h震蕩后出現(xiàn)團(tuán)狀物，且顏色不均勻。因此當(dāng)甲醛/苯酚以2∶1，總量為5～8 mL比較適宜。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

從圖1和圖2可知，雖然兩種微凝膠合成過程中所用的交聯(lián)劑不同，紅外譜圖顯示的差距較大，但是基本的官能團(tuán)位置還是很相似的。如在3200～3500 cm-1有吸收峰，產(chǎn)生該吸收峰的原因是N-H鍵的伸縮振動；2930 cm-1波數(shù)處出現(xiàn)了吸收峰，該處為主鏈亞甲基的C-H鍵的伸縮振動吸收；1600 cm-1附近有兩處吸收峰，波數(shù)較大處的強(qiáng)吸收帶為C=O的伸縮振動，波數(shù)較小處為側(cè)鏈氨基上N-H的彎曲振動峰，由此說明存在AM結(jié)構(gòu)單元。約1200 cm-1波數(shù)處有吸收峰，該處為O=S=O的反對稱伸縮振動和S-CH3的面外搖擺振動吸收峰；約1050 cm-1波數(shù)處為O=S=O的對稱伸縮振動吸收峰。因此可初步判定制得了P(AM-AMPS)微凝膠。

圖1 以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑合成微凝膠的 紅外譜圖

圖2 以甲醛/苯酚為交聯(lián)劑合成微凝膠的紅外譜圖

4 結(jié)論

(1)分別以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺和甲醛/苯酚為交聯(lián)劑合成了兩種微凝膠，并通過紅外譜圖確定為目標(biāo)產(chǎn)物；

(2)由實(shí)驗(yàn)可知，分別以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺和甲醛/苯酚為交聯(lián)劑，在醇水比7∶3，醇水總量20 mL，其他試劑用量一定的條件下，選擇合適的交聯(lián)劑用量均可以合成微凝膠。

[1]張 瑞,郝 紅,梁珊珊,等.聚合物微凝膠研究進(jìn)展[J].離子交換與吸附,2012,28(6):570-575.

[2]曹同玉,劉慶普,胡金生.聚合物乳液合成原理、性能及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997:452-467.

[3]方道斌,郭睿威,哈潤華,等.丙烯酰胺聚合物[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:497-502.

[4]孫齊偉,張翠紅,高 燕,等.分散聚合法制備P(AM-AMPS)微凝膠及其性能研究[J].功能材料,2012,43(9):1151-1154.