阳离子絮凝剂PDA引发体系的研究

二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)与丙烯酰胺(AM)的共聚物(PDA)具有一般季铵盐阳离子絮凝剂的优点，即正电荷密度高，水溶性好，有絮凝和消毒双重功效，同时还具有相对分子质量可调，抗剪切性、耐温性、和耐酸碱性强等特点，被广泛用于石油开采、造纸、纺织印染、日用化工及水处理等领域[1～5]。目前，PDA水溶液自由基聚合中通常使用的引发剂是过硫酸钾—亚硫酸氢钠氧化还原体系，其特点是反应活性高，适用于常温反应。除此之外也采用过硫酸盐—脂肪胺、过硫酸盐、水溶性偶氮化合物等作为引发剂[6～8]。我们采用水溶液聚合的方法合成PDA，探讨了(NH4)2S2O8—NaHSO3、偶氮二异丁脒盐酸盐、(NH4)2S2O83种引发体系用于合成PDA时，聚合反应工艺条件对产物特性粘度[η]的影响，并制得了相对分子质量较高的PDA产物。
1实验部分
1.1 原材料丙烯酰胺：工业品，二甲基二烯丙基氯化铵：实验室自制，过硫酸铵((NH4)2S2O8)：分析纯，亚硫酸氢钠(NaH SO3)：分析纯，偶氮二异丁脒盐酸盐：实验室自制。
1.2 合 成按实验设计要求称取物质的量之比为4∶1的AM和DMDAAC单体，加入到带有搅拌器的四口烧瓶中，然后加入一定量的蒸馏水，使单体达到一定的浓度(称为单体浓度)，在恒温水浴中通氮气加热到一定的温度后滴加引发剂，反应一定时间，冷却至室温即得PDA样品。
1.3 测定方法特性粘度[η]按GB12005.1—1989的规定，在30℃、1mol/LNaCl水溶液中用一点法测定。
2结果与讨论
2.1 正交实验本次实验主要研究(NH4)2S2O8—NaHSO3、偶氮二异丁脒盐酸盐、(NH4)2S2O83种引发体系在合成20%阳离子度(阳离子单体占总单体物质的量的百分数)PDA聚合反应中的应用。通过前期反应条件的摸索，选定反应温度、引发剂用量、单体浓度3因素进行正交优化实验。因子水平见表1、表2、表3。

对上述正交实验结果进行分析，得知以上各因子对共聚物特性粘度[η]影响的强度排列顺序及较优的水平组合：对(NH4)2S2O8—NaHSO3引发体系而言为B3A2C3，即：单体浓度为25%，反应温度为30℃，引发剂用量为5.4×10-3。对偶氮二异丁脒盐酸盐引发体系而言为D2E3F3，即：反应温度为60℃，单体浓度为35%，引发剂用量为6.3×10-3。对(NH4)2S2O8引发体系而言为G2H3I3，即：反应温度为45℃，单体浓度为35%，引发剂用量为4.0×10-3。
2.2 结 论
(1)通过实验，得知在本实验条件下3种引发体系的适宜温度范围：(NH4)2S2O8—NaHSO3引发体系为25～30℃；偶氮二异丁脒盐酸盐引发剂为55～60℃，较一般偶氮类引发剂的使用温度80℃有大幅度的下降；(NH4)2S2O8引发剂为45℃。
(2)通过对工艺条件的研究，采用这3种引发体系聚合PDA均能得到特性粘度[η]较大的产物：采用(NH4)2S2O8—NaHSO3引发体系时，所得产物的特性粘度[η]为11.65dL/g；采用偶氮二异丁脒盐酸盐引发体系所得产物的特性粘度[η]为10.56dL/g；采用(NH4)2S2O8引发体系所得产物的特性粘度[η]为10.15dL/g。