線性聚丙烯酰胺（LPAM)是一種水溶性高分子聚合物，因具有優良的增稠、 絮凝、沉降、過濾、增粘、凈化等多項功能，線性聚丙烯酰胺被廣泛應用于石油 開采、水處理、紡織、造紙、選礦、醫藥、農業等行業中[1_2]。聚丙烯酰胺包括陽 離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型四種，二甲基二烯丙基氯化銨 (DMDAAC)和丙烯酰胺（AM)的陽離子共聚物P(AM-DMDAAC)屬陽離子型 聚丙烯酰胺，具有電荷密度高、水溶性好、髙效無毒、pH值適用范圍廣等優點， 成為當前國內應用基礎領域研究的熱點之一。

　　

　　在水處理方面，陽離子型聚丙烯酰胺主要被用作絮凝劑。我國水資源相對比 較缺乏，人均水資源為世界平均水平的四分之一，近年來，隨著工業的迅速發展， 工業用水量急劇增加，導致產生的工業廢水與日俱增，給不少水源水體造成了嚴 重污染，使可利用的水資源大大減少，不少地方出現水質性缺水。因此提高廢水 回用率，對環境保護具有重要的意義。絮凝沉降法是目前國內外普遍采用的一種 既經濟又簡便的水處理方法，它廣泛用于循環用水，工業廢水的處理及污泥脫水 等過程。其中聚丙烯酰胺作為絮凝劑在水處理中主要用在原水處理、城市污水處 理、工業廢水處理等方面，而隨著工農業的發展，有機污水的成份越來越復雜， 其中膠體顆粒和水溶性有機物常帶有負電荷，因此常用的聚丙烯酰胺和陰離子型 絮凝劑的絮凝效果并不佳，而陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑由于分子鏈上帶有正電 荷，能和有機物質所帶的負電荷進行電荷中和作用和架橋絮凝作用，符合絮凝劑 發展趨勢。

　　

　　反相乳液聚合是用非極性溶劑為連續相，聚合單體溶于水中，然后借助于乳 化劑分散于油相中，形成油包水型的乳液而進行聚合，它是一種為水溶性單體提 供一個具有高聚合速率和高相對分子質量的聚合方法。反相乳液法生產的聚丙烯 酰胺與水溶液聚合法相比，具有溶解速度快、相對分子質量較髙、殘佘單體少等 優點[6,8],因此是丙烯酰胺類聚合物最理想的合成方法之一。

　　

　　本章以丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨為單體，以環己烷為油相，以span80 和tween80為復合乳化劑，以過氧化氫-抗壞血酸為引發劑，采用反相乳液聚合法 共聚合成高分子量陽離子聚丙烯酰胺，探討了攪拌速度、單體用量、單體配比、 油水體積比、乳化劑用量、乳化劑配比、引發劑用量、反應時間等因素對聚丙烯 酰胺相對分子質量和絮凝性能的影響，并表征了其絮凝性能以及聚合物的結構。 3.2實驗材料及其主要儀器設備3.2.1實驗材料、藥品及試劑環己烷（C6H12，上海中秦化學試劑有限公司）；SPan80(化學純，萊陽 市雙雙化工有限公司）；tween80(化學純，萊陽市雙雙化工有限公司）；高嶺 土（分析純，廣東科密歐化學試劑有限公司），其他藥品及試劑同2.2.1。

　　

　　3.2.2主要儀器設備循環水式多用真空泵（SHD-m，保定高新區陽光科教儀器廠)；馬弗爐（上 海精密儀器儀表有限公司），其他儀器設備同2.2.2。

　　

　　3.3實驗部分3.3.1陽離子型聚丙烯酰胺共聚物的制備在裝有攪拌器、溫度計和通氮管的三口燒瓶中加入50mL環己烷和1.2gspan80 和tween80(其比例為m(span80): m(tween80) = 3)，將三口燒瓶固定在恒溫水浴中， 恒溫攪拌下通入N2,并在此過程中緩慢滴加42mL丙烯酰胺與二甲基二烯丙基氯 化銨混合溶液。滴加完畢后，繼續通N2攪拌20min,加入0.9mL0.3%的H202, 3min后加入0.5mL 0.9%的Vc引發反應，反應過程中保持氮氣的持續通入。 5 h后停止反應，冷卻并破乳，得到白色顆粒狀聚合物，抽濾并在70°C下干 燥至恒重，取出裝袋，貼簽備用。

　　

　　3.3.2陽離子型聚丙烯酰胺共聚物的純化取3.3.1項所得到的樣品，裝入索氏提取器，以乙醇為溶劑進行抽提，直至從 提取液中加入AgN03后無白色渾濁出現，取出樣品，干燥后備用。

　　

　　3.3.3聚合物結構表征取3.3.2項純化好的共聚物樣品，采用Nicolet510P型FT-IR對其結構進行表征。 具體方法和工作參數如下：方法：KBr壓片法：掃描波數范圍：500-4000 cnf1; 掃描速度：OJcnfVs;分辨率：々cm'溫度：室溫。

　　

　　3.3.4共聚物黏均分子量的測定準確稱量約0.0250g3.3.1項得到的共聚物樣品，放入50mL濃度為lmo卜I；1 NaCl混合溶液中，將上述溶液分別置于50 °C的恒溫水浴中完全溶解。按照 GB12005. 1289,共聚物特性黏數的測定采用兩點法，并按Mark-Houwink方程(3.1 式）計算其黏均分子量M = K[MJ(3.1)

　　

　　其中，[；/]代表共聚物的的特性黏度，[M,]是其黏均分子量，尤和《是經驗 常數，值分別為3.73 xl〇4和〇。66。

　　

　　3.3.5共聚物絮凝性能的表征 3.3.5.1共聚物絮凝率的測定取2.4024g高嶺土，置于已恒重的坩堝中，在120士2°C下烘干至恒重 (前后兩次的稱量差值不超過0.3 mg),并記錄為為M?j,再將干鍋置于馬 弗爐中，控制爐溫為800±5°C，灼燒至恒重，冷卻稱重并記錄為。其失 重率為：失重率=(Mo-M!) /N^(3.2)

　　

　　實驗計算得到高嶺土失重率為14%。

　　

　　取一定量3.3.1項得到的共聚物溶解，配制成質量濃度〇) = 2 xHT4的溶液， 然后在盛有2400 mL高嶺土含量為1%〇的懸浮液(髙嶺土含量為2.4024g)中加入 上述共聚物溶液，并保持共聚物的加入量為0.02g。以150r/min的轉速攪拌上述 溶液2min,靜置30mi?立即過濾，在120土2°C下烘干至恒重，記錄樣品質量 M2,再置于馬弗爐中于800±5 °C下灼燒至恒重，記錄樣品質量M3。聚丙烯酰 胺絮凝劑對高嶺土的絮凝率(Sedimentation percent，SP)依3.3式計算：SP = M3/MI (1 -0.14)(3.3)

　　

　　3.3.5.2共聚物的熱性能分析將聚合物在120 °C干燥至恒重，加入3 mg于NETZSCH STA449C型綜合熱 分析儀中，在氣流量為120mL/min的氮氣氣氛中，以10°C/min的升溫速率進 行加熱，在50 ~800°C范圍內測定絮凝前后聚合物的熱性能，并對結果進行熱失 重和示差掃描量熱分析。

　　

　　3.4結果與討論3.4.1共聚物的FTIR表征圖3.1給出了共聚物（單體配比為n(AM):n(DMDAAC) = 10:1,黏均分子量 為5.92xl〇6) P(AM-DMDAAC)的紅外譜圖。由圖3.1可以看到，在3430 cm4處 出現了酰胺基團中胺基（一NH2)的伸縮性振動特征峰，2927 cm—1附近為亞甲基 (_CH2-)的伸縮振動吸收峰，1631CHT1附近為酰胺基團中羰基（C = 0)的伸 縮振動吸收峰，1405 cm_1^近是與N+鍵合的雙甲基的變形振動峰，1120CHT1附 近是雜環上C一N鍵的伸縮振動峰。反應單體的特征吸收峰在紅外譜圖中都已出 現，說明單體AM和DMDAAC已經參與反應并生成了共聚物P(AM-DMDAAC)。

　　

　　3.4.2共聚物的熱性能分析圖3.2和3.3分別給出了陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑絮凝前后的TGA和DSC 曲線。圖3.2中陽離子聚丙烯酰胺在50?200 °C的范圍內熱失重率約為5%，這 部分的熱失重可歸因于陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑中的自由水、束縛水和結合水的 分別揮發離去。由于自由水、束縛水和結合水的沸點不同，與聚合物結合的強度 也不同，其在揮發時吸收的熱量也不同，其中自由水揮發溫度最低，揮發時汽化 熱最小，結合水揮發溫度最髙，揮發時汽化熱最大，這一現象在DSC曲線上得到 了明顯顯示(在50~200°C范圍內，DSC曲線持續上升)，這與親水性聚合物中存 在三種類型的水，以及各種水的沸點和汽化熱的研究報道結果一致[71]。隨著溫度 的升高，聚合物在溫度約為280°C時出現一個明顯的失重過程，失重率約為20%, 結合DSC曲線，在該處的失重可歸因于聚合物和樣品室中的少量氧氣發生氧化放 熱反應，產生低分子化合物而引起的失重；同樣，聚合物在約400°C的失重亦可 歸因于聚合物與樣品室中的氧等氧化性物質發生氧化放熱而引起聚合物分子鏈的 大量斷裂并產生小分子而導致的，其中的放熱峰可歸屬于氧化放熱峰，吸熱峰可 歸單于聚合物吸收熱量，是由分子鏈斷裂所導致的。由于樣品室中的氧含量低， 聚合物不能充分燃燒和分解，所以其在400°C分解后產生大量固體殘余物，這些 殘余物隨著系統溫度的升高，逐漸脫去分子中的氫而碳化，因此在400?600°C 時，雖然系統吸收了大量的熱，但其失重率卻很小。圖3.3中在50?600 °C范圍 內沒有觀察到明顯的失重，其失重率約為1%，這是由于陽離子聚丙烯酰胺發生 絮凝后，由于絮凝樣品中的主要成分為無機鹽，大量無機鹽的存在使少量陽離子 聚丙烯酰胺的失重變得微弱，比較絮凝時陽離子聚丙烯酰胺和高嶺土的用量比例 后發現，這失重的1%大致可歸因于部分陽離子聚丙烯酰胺的分解和其中所含三 類水分的沸騰汽化，這一點也可以從DSC曲線的逐漸升高得到間接證明。在升溫 至近600 °C時的DSC放熱峰和TGA的急劇下降可歸因于陽離子聚丙烯酰胺的在 氧氣等氧化性物質的作用下的氧化分解及由溫度升高而引起的高嶺土中可揮發分 的揮發。經過TGA和DSC曲線分析可知，經120°C烘干處理后，聚合物中的含 水量不會高于5%,因此，絮凝前后所得樣品的含水率為陽離子聚丙烯酰胺重量 的5%,即可利用式(3.4)計算絮凝過程中陽離子聚丙烯酰胺的溶解殘留量。

　　

　　瓜_1.05所0+1.14蛘-從一 0.051；IIOCCC式中，1^的意義同3.2式，M為加入的共聚物和高嶺土的總質量，mo是 加入的共聚物的質量，在本實驗中，m〇的取值一般為0.02g。式中的各系數 為合并計算式/^M-Mjl + O.l^-h-wXl+O.OS)同類項所得值。本實驗發 現共聚物在絮凝過程中存在溶解殘留現象，隨共聚物平均分子量增加，溶解 量逐漸減小。計算表明，聚丙烯酰胺無殘留。

　　

　　圖3.2絮凝前共聚物的TGA和DSC曲線圖3J絮凝后樣品的TGA和DSC曲線3.4.3共聚物用量對絮凝效果的影響由圖3.4可以看到，隨著陽離子聚丙烯酰胺使用量的增加，沉降率呈現先升 高后降低的趨勢。這是因為在陽離子聚丙烯酰胺使用量過小時，不能對水中懸浮 的高嶺土粒子產生有效的吸附架橋作用，絮凝效果不明顯。而當聚丙烯酰胺使用 量過大時，架橋作用所必須的粒子表面吸附活性點相對太少，架橋變得困難，因 而不易形成絮凝體，絮凝效果變差。所以，陽離子聚丙烯酰胺的最_使用量為8 mg /L。

　　

　　圖3.4陽離子聚丙烯酰胺使用量對絮凝效果的影響3.4.4攪拌時間對絮凝效果的影響由圖3.5可以看到，隨著攪拌時間的增大，沉降率先增大后減小。這是因為 當攪拌時間太短時，聚丙烯酰胺絮凝劑與懸蝕液不能充分的混合，與水中膠體粒 子接觸時間不足，絮體生長時間也不足，因此被吸附的量少，絮凝不充分，故沉 降率低。而當攪拌時間過長時，已經形成的絮體又被打碎分散而不能沉降。因此 最佳攪拌時間為2 min。

　　

　　3.4.5攪拌速度對絮凝效果的影響由于聚丙烯酰胺絮凝劑主要通過吸附架橋作用對水中粒子進行絮凝，因此對 攪拌速度也有一定要求。由圖3.6可以看到，隨著攪拌速度的增大，沉降率先升 高后降低。這是因為當攪拌速度過低時，絮凝劑與粒子之間碰撞接觸的頻率過小， 細小絮體被捕集的機會降低，導致絮凝效果不加佳。而當攪拌速度過高時，形成 的絮體又被打碎，不能實現沉降。因此，最佳攪拌速度為150r/min。

　　

　　圖3.6攪拌速度對絮凝效果的影響3.4.6共聚物相對分子質量對絮凝性能的影響絮凝作用是復雜的物理和化學過程，陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑可同時發揮 電中和凝聚及架橋凝聚的雙重作用，即高分子鏈上的陽離子活性基團與帶負電荷 的膠體粒子相互吸引，降低及中和了膠體微粒的表面電荷，同時壓縮了膠體微粒 的擴散層而使膠體微粒凝聚脫穩> 并借助于足夠數量的鏈環、鏈尾向膠體或微粒 周圍自由伸出，把膠體或微粒連接在一起，在架橋作用下產生絮凝沉降[72_741。即 是說有機高分子量絮凝劑作用分三個過程：一、聚合物在溶液中的溶解及擴散， 高分子鏈展開；二、分子鏈上極性基團對懸浮顆粒的架橋吸附；三：小顆粒相互 吸附長大，團聚成大的絮團沉降下來。

　　

　　絮凝處理效果是多種因素綜合作用的結果，其中聚合物的相對分子質量是一 個重要因素。聚合物必須具有一定的相對分子質量才有足夠的鏈長度起架橋凝聚 作用，絮凝劑相對分子質量太小，不利膠體或微粒的捕集和橋連作用，不能形成 良好的絮體。由圖3.7可以看到，相對分子質量越大，分子在溶液中的伸展度越 大，架橋能力越強，絮凝效果越好。一般來說，具有絮凝能力的高分子的相對分 子質量至少在1〇6,但是分子質量不能無限大，過高的分子量溶解困難，大分子 運動遲緩，吸附的固體粒子空間距離太遠，不易聚集，達不到絮凝效果。

　　

　　970/0 / dw4.44.85.25.6M /106圖3.7聚丙烯酰胺相對分子量對絮凝效果的影響3.4.7攪拌速度對聚合反應的影響在反相乳液聚合制備過程中，攪拌的一個重要作用是把單體分散成單體液滴， 有利于傳質和傳熱。過于激烈的的機械作用會使乳液變型或破乳。為了獲得較髙 相對分子量的聚合產品，使反相乳液聚合體系形成和維持穩定的膠乳，選擇適宜 的攪拌速度是關鍵。當攪拌速度過快時，引發劑自由基之間的碰撞幾率增大，反 應活性中心減少，因而導致聚合反應速率降低，而且攪拌速度太快時物料內部剪 切作用過大，一方面會導致乳膠粒表面電荷脫附或水化層減薄：另一方面，過快 的攪拌將賦予乳膠粒很大的動能，當乳膠粒的動能超過乳膠粒間的勢能屏障時， 乳膠粒就會發生聚結，產生凝膠現象，出現聚合不完全或不聚合現象而導致聚合 物的相對分子量過低。而當攪拌速度過慢時，由于單體分散不好會發生單體局部 濃度過高甚至出現分層現象而使局部進行本體聚合，也會導致凝膠的產生。另外， 攪拌太慢時，體系傳熱不良，會在不同區域產生溫差，使高溫區乳液喪失穩定性， 產生凝膠[75_76]。

　　

　　另外，加入水相時，為了使體系形成的粒子尺寸小，且均勻分散在油相中， 需要加大攪拌速率；聚合出現放熱高峰時，為使體系產生的熱量及時散出，也應 加大攪拌速率；但在保溫過程中，為減少機械降解，應適當降低攪拌速率。因此 本文中選擇攪拌速率隨反應進行在540?960r/min間作調整。

　　

　　3.4.8單體用量對聚合物分子量和絮凝效果的影響丙烯酰胺聚合焓為81.6 kJ / mol,自身聚合的反應速度快，瞬間放出大量的聚 合熱，如果聚合熱不及時除去，則會在液滴中聚集，導致反應環境溫度過高，最終結 果是產品性能下降[77'78]。因此反相乳液聚合生成丙烯酰胺聚合物及其衍生物時， 必須考慮單體含量的多少對聚合過程的控制和產品性能的影響。

　　

　　由圖3.8可以看到，單體用量增大時，聚合物分子量隨之增大，反應所得聚 合物的沉降率也相應增大，當單體用量為65%時達到最佳，此后繼續增加單體用 量，所得聚合物分子量和絮凝性能均下降。這是因為，單體用量較低時，隨著單 體用量增加，反應速率增大，同時反應得到的聚合物的相對分子質量相應增大， 而聚合物的沉降率也隨之增大。但當單體用量超過65%時，繼續增加單體用量， 反應產生大量的熱不易及時散發，鏈終止幾率變大，而鏈增長幾率減小，反應所 得聚合物相對分子質量降低，而沉降率也隨之降低。

　　

　　圖3.8單體用置對聚合反應及絮凝性的影響3.4.9單體配比對聚合物分子量和絮凝效果的影響由圖3.9可以看到，隨著AM與DMDAAC配比的增大，聚合產物的相對分 子質量以及絮凝性能先增大后減小。這主要是因為AM的空間位阻比DMDAAC 的小，AM相對DMDAAC活性較高，更容易聚合。當AM比例較小即DMDAAC 用量較大時，有一定的空間位阻效應，對聚合反應具有阻聚作用，故隨著AM比 例增大，聚合產物的相對分子質量以及絮凝性能均為增大的趨勢；但當AM比例 過大即DMDAAC用量較少時，聚合速率過快，反應在高溫停留的時間增長，而 AM在水溶液中的鏈轉移常數隨溫度的增加而增加，導致共聚物特性黏度的減小， 因此聚合產物的相對分子質量減小，其沉降率也隨之降低。因此最佳單體配比 n(AM): n(DMDAAC) = 10 : 1 〇

　　

　　04812n(AM):n(DMDAAC)

　　

　　圖3.9單體配比對聚合反應及絮凝性的影響3.4.10油水比對聚合物分子量和絮凝效果的影響在反相乳液聚合中，油相既是連續相又是分散介質，在反應體系中起著分散 液滴和傳遞熱量的作用。油水比過大，反應體系在聚合過程中容易發生破乳分層 現象，并且形成液滴較小，每個膠束或液滴內的單體含量和引發劑含量較少，不 能生成高分子量的聚合物，同時也不經濟，甚至會發生爆聚，得到凝膠產物；油水 比過小時，不能形成連續相，乳液不穩定，容易形成較大的液滴，相應的每個液 滴中單體個數就增加，當引發聚合時鏈增長速度就大，會導致反應體系散熱不良， 局部過熱現象發生，溫度不易控制，產物也易于纏結，易出現凝膠化現象。

　　

　　在圖3.10中可看到，隨著環己烷與水的比例的增大，聚合物分子量和沉降率 均增大，在比例為1.2時達到最佳；當大于1.2時，聚合物分子量和沉降率則開 始降低，這是因為油水比過大時，反應體系在聚合過程中形成的液滴較小，每個 膠束或液滴內的單體含量和引發劑含量較少，故而難以生成高分子量的聚合物， 因此其沉降率也隨之降低。故選擇V(cyclohexane): V(water) = 1.2為最佳油水比。

　　

　　92 / PMV(cyclohexane): V(water)

　　

　　圖3.10油水比對聚合反應及絮凝性的影響3.4.11乳化劑用量對聚合物分子量和絮凝效果的影響由圖3.11可以看到，隨著乳化劑含量的增加，相對分子量和沉降率均先增加 后降低，這是因為在乳化劑較少的情況下，體系中膠束和膠乳粒較少，僅部分乳 膠粒表面覆蓋有乳化劑分子，水相不能被完全乳化，形不成穩定乳液，液滴內部 形成了溶液聚合，散熱較慢，容易交聯，所得聚合物相對分子質量較低。隨著乳 化劑逐漸增加，形成液滴數增加，成核概率顯著增大，體系中膠束數量和乳膠粒 增多，每個膠束接受到來自于液滴的單體增多，自由基有充分的時間進行鏈增長， 故相對分子量增大。但當乳化劑含量過髙時，形成的膠束比較小，每個膠束內的 反應單體較少，因此分子量及沉降率也減小。因此本論文選用乳化劑含量為 m(span80 + tween80): m(AM + DMDAAC) = 0.1.

　　

　　0.

　　

　　sl/vi4.2SP /。/096m(span 80 + tween 80): m(AM + DMDAAC)

　　

　　圖3.11乳化劑用量對聚合反應及絮凝性的影響3.4.12乳化劑配比對聚合物分子量和絮凝效果的影響80)

　　

　　an80)

　　

　　在反相乳液聚合體系中，乳化劑的作用是將水溶性的單體溶液分散成小的單 體液滴穩定地分散于油相介質中，以達到油包水(W/0)的乳化效果。本文將兩種 乳化劑混合使用，構成復合型乳化劑，使性質不同的乳化劑由親油到親水之間逐 漸過渡，大大增進了乳化效果。Span80有較好的親油性，而tween80具有較好的 親水性，兩者的復合使用達到了由親油向親水之間的逐漸過渡，能夠提高乳化效 果，使體系更加穩定。從圖3.12可以看出，乳化劑的配比對聚合反應影響較大， 當span80與tween80比值為3時，聚合產物的分子量及沉降率均達到最好，因此 本文采用span80和tween80的復合乳化劑，其比值為3。

　　

　　圖3.12乳化劑配比對聚合反應及絮凝性的影響3.4.13引發劑用量對聚合物分子量和絮凝效果的影響92由圖3.13可知，隨著引發劑濃度的增加，分于量及沉降率先增大后減小。這 是因為聚合反應速率與引發劑濃度成正比，隨著引發劑量增加，生成的自由基增 加，聚合速率增加，殘余單體減少，從而單體轉化率增加。當引發劑濃度較低時， 引發劑能引發單體聚合的有效自由基濃度偏低，聚合反應速率慢，鏈增長不能順 利進行，單體殘留量高，導致聚合物轉化率不高，其絮凝性能不符合要求；隨著 引發劑用量的增加，反應活性中心增加，聚合反應完全，聚合物轉化率增大，聚 合物分子量及沉降率增大；而引發劑濃度太高時，則會因短時間內產生大量的自 由基，自由基碰撞幾率增大，反應過快，反應熱不易散開，鏈增長提前終止，且 易發生爆聚現象，不利于獲得高相對分子質量的聚合物。因此本文的引發劑用量 選為 n(H202):n(AM) = 0.033。

　　

　　n^O^inCAM)

　　

　　圖3.13引發劑用量對聚合反應及絮凝性的影響3.4.14反應時間對聚合物分子量和絮凝效果的影響由圖3.14可知，隨著反應時間的增加，產物的相對分子質_及沉降率逐漸增 大，在5 h時達到最佳，繼續增加反應時間，聚合物的相對分子質量及沉降率則 基本不變。這是因為在自由基聚合反應中，對單個聚合物分子而言，聚合物的分 子形成速度很快，在很短時間內即能完成鏈的增長，但對整個體系而言，在較短 的時間內則不能使所有的單體均轉化為高聚物，單體的轉化率隨時間的延長而增 大，產物相對分子質量也隨著時間的延長而增大，而在5h后聚合物分子量無明 顯變化，因此選擇反應時間為5 h。

　　

　　圖3.14反應時間對聚合反應及絮凝性的影響3.4.15反應溫度對聚合物分子量和絮凝效果的影響溫度是化學反應的主要影響因素，溫度的升高可提高反應物的活性，加快反 應速率，但也常常伴隨著聚合產物的相對分子質量降低，因此溫度是影響聚合產 物相對分子質量大小的一個重要因素。在較低的溫度下，自由基的活性低，只有 少數自由基才能發生聚合，鏈傳遞往往不能順利進行，聚合后會有較多的殘余單 體。當溫度過高時，大量自由基引發聚合，使聚合反應速度過大，可能會使體系 的鏈轉移速率常數的增加遠大于鏈增長速率常數的增加，從而使相對分子質量降 低。

　　

　　由圖3.15可以看到，隨著反應溫度的增大，聚合產物的相對分子質量以及沉 降率先升高后降低#這是因為在低溫下，自由基活性低，鏈傳遞不能順利進行， 聚合后會有較多的單體殘留，轉化率不高，聚合產物相對分子質量較低。隨著反 應溫度的升高，引發劑分解速率加快，反應體系中產生的自由基數目增多，聚合 反應速率加快，單體轉化率增大，聚合產物相對分子質量增大，其絮凝性能隨之 增大。但當反應溫度過髙時，引發劑分解速率過大，聚合反應速度過大，鏈終止 速率加快，導致聚合產物相對分子質量降他，其絮凝性能隨之減小。因此最適宜 的溫度為40°C。

　　

　　T/°C圖3.15反應溫度對聚合反應及絮凝性的影響3.5本章小結本章以丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨為單體，環己烷為連續相，采用 span80和tween80為復合乳化劑，通過過氧化氫-抗壞血酸氧化還原引發劑引發聚 合，合成了髙分子量陽離子聚丙烯酰胺，并對其結構和絮凝性能進行了表征研究， 得到了以下結果：1.對共聚物的合成工藝條件進行了考察和優化。分別考察了單體用量、單體 配比、油水體積比、乳化劑用量、乳化劑配比、引發劑用量、反應時間及反應溫 度等因素對聚合反應和共聚物相對分子質量的影響。

　　

　　2.得到了共聚物制備的最佳工藝條件。在本實驗室條件下得到的最佳工藝條 件為：攪拌速度為540?960r/min，單體用量為65%、單體配比為n(AM): n(DMDAAC) = 10:1，油水比為 V(cyclohexane) : V(water) = 1.2、乳化劑用量為 m(span80 + tween80) : m(AM + DMDAAC) = 0.1、乳化劑配比為 m(span80): m(tween80) = 3、引發劑用量為n(H202):n(AM) = 0.033、反應時間為5h，反應溫 度為40°C。在最佳條件下，聚合產物相對分子質量可達到5.92X106,對高嶺土懸濁 液的沉降率最高達到99.24%,聚丙烯酰胺無殘留。

　　

　　3.就共聚物用量、攪拌時間、攪拌速度等因素對絮凝率的影響進行了考察， 得到最佳絮凝條件為。?共聚物用量8mg/L、攪拌時間2min、攪拌速度150r/min。

　　

　　4.采用該法制備的共聚物絮凝劑絮凝效率高，在相同條件下較不加絮凝劑的 的樣品自由沉降時間縮短240倍，且沉降更為徹底。