丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物

時間：2023-03-24 18:24:00來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物

[db:作者] / 2022-12-28 00:00

[制備方法] 筆者和課題組成員以丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸為原料，采用反相乳液聚合法制備丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物乳液，所制備的產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量達(dá)到8.3×106。反應(yīng)式為：

制備工藝為：將配制好的復(fù)合乳化劑(HLB值為7.8)和環(huán)已烷依次加入1L的反應(yīng)釜中，用氮?dú)庵脫Q40min，升溫至35℃，攪拌使之完全溶解。然后將已經(jīng)除氧并含有乙二胺四乙酸二鈉的單體水溶液逐漸滴加到環(huán)已烷中，同時快速攪拌(400～500r/min)令其乳化形成乳狀液，乳化操作結(jié)束后，降低攪拌速度(150r/min)，加入K2S2O8/脲氧化還原引發(fā)劑，于50℃下保持5h，然后再適量加入K2S2O8/脲氧化還原引發(fā)劑，在相同的溫度下繼續(xù)反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后降至室溫并加入終止劑，停止攪拌出料即可得到均勻、穩(wěn)定的W/O型丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯丙烯酸鈉三元共聚物乳液。

影響丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯丙烯酸三元共聚物乳液性能的因素很多，主要有單體摩爾比、引發(fā)劑種類及用量、乳化劑種類及用量、反應(yīng)時間、攪拌速度以及油水體積比等。此處主要討論單體摩爾比、引發(fā)劑種類和用量以及復(fù)合乳化劑用量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

(1)單體摩爾比丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)單體摩爾比對三元共聚物的相對分子質(zhì)量影響很大，結(jié)果見表3-16。在3種單體中，甲基丙烯酸甲酯(MMA)的摩爾比越大，三元共聚物的相對質(zhì)量則隨之減小，因此3種單體的摩爾比宜控制在1：0.02：1左右。

表3-16 單體摩爾比對共聚物相對分子質(zhì)量的影響

(2)引發(fā)劑種類和用量在反相乳液聚合反應(yīng)中，引發(fā)劑的種類是影響共聚乳液相對分子質(zhì)量大小的關(guān)鍵因素之一。不同引發(fā)劑對共聚物產(chǎn)品相對分子質(zhì)量的影響見表3-17。從表中可以看出，過硫酸鉀/脲引發(fā)體系的引發(fā)效果最好，所制備的丙烯酰胺甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物乳液性能穩(wěn)定，相對分子質(zhì)量為9.0×106，而且單體轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.7%。

表3-17 引發(fā)劑種類的影響

增加引發(fā)劑的用量不僅可以提高單體的轉(zhuǎn)化率，而且也使聚合反應(yīng)以較快的速度進(jìn)行。但這種用量的增加是有限度的。這是因?yàn)殒溩杂苫纳杉版溤鲩L反應(yīng)是放熱反應(yīng)，引發(fā)劑的高用量必然導(dǎo)致反應(yīng)體系高放熱。如果體系蓄積的熱量不能及時導(dǎo)出，勢必體系的溫度進(jìn)一步升高，聚合反應(yīng)急劇進(jìn)行而引起沖料和凝膠。當(dāng)引發(fā)劑的用量大于0.6%時，所得的乳膠在兩個月內(nèi)會凝結(jié)成塊，而且引發(fā)劑用量加大，引發(fā)劑自由基增多，不但未見成核粒子數(shù)增多以及乳膠粒子粒徑的減小，而是乳膠粒粒徑稍稍增大，體系的表觀黏度降低。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是體系中的一部分引發(fā)劑實(shí)際起了電解質(zhì)的作用，它使粒子易于凝聚，而使粒徑增大。本實(shí)驗(yàn)中，氧化還原引發(fā)劑過硫酸鉀/脲的最佳用量是過硫酸鉀和脲分別為單體質(zhì)量的0.08%和0.6%。

(3)乳化劑用量復(fù)合乳化劑的HLB值控制在7.8左右，乳化劑用量對三元共聚物乳液性能的影響見表3-18。由表3-18可以看出，隨著乳化劑用量的增加，乳液的黏度、固含量、轉(zhuǎn)化率均有提高。但乳化劑的用量低于6%時，乳液的稀釋穩(wěn)定性變差。由此可以看出乳化劑在乳液聚合的過程中具有非常重要的作用。乳化劑濃度越大時，聚合反應(yīng)速率增大。這是由于乳化劑用量直接影響聚合過程及聚合度，隨著乳化劑用量的增加，單體珠滴數(shù)目增加，引發(fā)點(diǎn)增多，而使每個珠滴中自由基終止機(jī)會減少。當(dāng)乳化劑濃度低時，僅部分乳膠粒表面被乳化劑分子覆蓋。在這樣條件下乳膠粒容易聚結(jié)，由小乳膠粒生成大乳膠粒，嚴(yán)重時發(fā)生凝聚，造成掛膠和抱軸，輕則降低了收率，降低產(chǎn)品質(zhì)量，重則發(fā)生生產(chǎn)事故。所以乳化劑用量以6%～9%為宜。

表3-18 乳化劑用量對乳液性能的影響

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