畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告10800字

畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告10800字

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1選題的依據(jù)及意義1.1丙烯酰胺聚合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)丙烯酰胺聚合物(acrylamidepolymers)是丙烯酰胺的均聚物及其共聚物的統(tǒng)稱。工業(yè)上凡是含有50%以上丙烯酰胺(AM)單體結(jié)構(gòu)單元的聚合物，都泛稱聚丙烯酰胺。其他單體結(jié)構(gòu)單元含量不足5%的通常都視為聚丙烯酰胺的均聚物[1]。聚丙烯酰胺，polyacrylamide(PAM)，CASRN：[9003-05-8]，結(jié)構(gòu)式為：其中相對(duì)分子質(zhì)量是PAM的最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點(diǎn)是：(1)分子鏈具有柔順性和分子形狀（即構(gòu)象）的易變性。如相對(duì)分子質(zhì)量710萬(wàn)的PAM，其分子鏈伸直后的長(zhǎng)徑比高達(dá)105，相當(dāng)于直徑1mm、長(zhǎng)100m的細(xì)絲。可以想象，這樣打長(zhǎng)徑比的柔順性分子鏈?zhǔn)菢O易卷曲的，分子鏈之間也易發(fā)生纏結(jié)。(2)分子鏈上具有與丙烯酰胺單元數(shù)相同的側(cè)基—酰胺基，而酰胺基具有高極性、易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予了PAM許多極有價(jià)值的應(yīng)用性能。如酰胺基的高極性使PAM具有良好的親水性和水溶性，其水凝膠親水而不溶于水；柔順的長(zhǎng)鏈?zhǔn)筆AM水溶液具有高黏性和良好的流變調(diào)節(jié)性；酰胺基極易與水或含有—OH基團(tuán)的物質(zhì)（天然纖維、蛋白質(zhì)、土壤和礦物等）形成氫鍵，產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可是PAM衍生出很多變性產(chǎn)物，拓寬了我們的應(yīng)用范圍。PAM的結(jié)構(gòu)因素和其應(yīng)用性能之間的一般關(guān)系歸納于表1。由上可知，聚合物的結(jié)構(gòu)決定其性能和應(yīng)用效果，聚合物的應(yīng)用性能必須有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)作基礎(chǔ)。而現(xiàn)代技術(shù)水平已具備了對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控的能力。如改變相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、各功能基團(tuán)（如離子基團(tuán)及疏水締合基團(tuán)等）的類型及數(shù)量、側(cè)鏈長(zhǎng)度、支化度和交聯(lián)度等。表1聚丙烯酰胺的物理化學(xué)性質(zhì)與應(yīng)用之間的一般關(guān)系1.2研究高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺的意義目前,操作簡(jiǎn)便應(yīng)用廣泛的聚丙烯酰胺(PAM)的合成是采用水溶液聚合法,聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量一般在1000萬(wàn)以下。為了提高其相對(duì)分子質(zhì)量,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)改變聚合方法、引發(fā)體系做了大量工作,并取得了重大突破,而且有許多專利與文章發(fā)表[2-5]。聚丙烯酰胺(PAM)是一類重要的水溶性高分子聚合物，具有優(yōu)良的物化性能，如增稠、絮凝沉降、過(guò)濾、降阻、穩(wěn)定、增黏和凈化等。由于它無(wú)毒、吸水性強(qiáng)、反應(yīng)活性高，能生產(chǎn)許多有用的后續(xù)加工產(chǎn)品，因而廣泛應(yīng)用于采油、選礦、造紙、生活用水凈化、工業(yè)廢水處理、洗煤、涂料和土壤保水等行業(yè)[6]。尤其在油田和水處理領(lǐng)域中，它的應(yīng)用更為廣泛。而作為驅(qū)油劑和絮凝劑來(lái)說(shuō)，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量越高，其使用效果越好。因此近年來(lái)研究的重點(diǎn)大多集中在如何獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物產(chǎn)品上。聚丙烯酰胺是水溶性聚合物中應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品之一，其高分子鍵上所帶的活性酰胺基團(tuán)，陰離子羧基基團(tuán)可以和多種物質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，從而廣泛用于造紙、采油、水處理等行業(yè)，特別在我國(guó)三次采油中，(ECR)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量要求1000萬(wàn)以上，有些油層需要1500萬(wàn)~2400萬(wàn)。隨著油田的開(kāi)發(fā)的進(jìn)程,油田對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量1700萬(wàn)以上的高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺需求將越來(lái)越大，預(yù)計(jì)到2005年油田三次采油將需要聚丙烯酰胺10萬(wàn)噸/年，其中相對(duì)分子質(zhì)量在1700萬(wàn)以上的高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺需要5萬(wàn)噸/年。因?yàn)橐渲葡嗤扯鹊木郾０啡芤?其相對(duì)分子質(zhì)量越高用量越少，且高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺具有溶解性好，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，尤其是在油田配制溶液過(guò)程中，其耐鹽性和抗剪切性明顯優(yōu)于普通的聚丙烯酰胺產(chǎn)品。據(jù)資料表明，高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺和普通的聚丙烯酰胺相比可提高采收率2%~8%。目前，國(guó)內(nèi)一般相對(duì)分子質(zhì)量在1500萬(wàn)以下，產(chǎn)品達(dá)不到控制粘度要求,質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是過(guò)濾因子指標(biāo)達(dá)不到采油要求。需要從國(guó)外大量進(jìn)口。所以高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺的不可制和工業(yè)化生產(chǎn)在國(guó)內(nèi)引起了極大的關(guān)注和投入[7]。目前世界上生產(chǎn)高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺主要有兩種方法：(1)丙烯酰胺均聚后水解法，(2)丙烯酰胺與丙烯酸共聚。這兩種方法都是在低溫下進(jìn)行(5℃~10℃)。雖然后水解法產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量高，但聚合條件不易控制且產(chǎn)品的水解度不均勻，過(guò)濾因子指標(biāo)很難達(dá)到控制要求。而共聚法需要高純度丙烯酸，在我國(guó)，原料質(zhì)量達(dá)不到要求，生產(chǎn)量小且價(jià)格比丙烯酰胺高，不符合我國(guó)國(guó)情。2國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）2.1聚丙烯酰胺的物理性質(zhì)2.1.1固體聚丙烯酰胺的一般物理性質(zhì)[8]固體聚丙烯酰胺(PAM)在室溫下是一種堅(jiān)硬的玻璃態(tài)聚合物。固體PAM的外觀因制造方法而異。冷凍干燥得到的產(chǎn)物是白色松散的非晶體固體；由溶液沉析后干燥得到的是玻璃狀的固體；在玻璃板上澆鑄干燥得到的是半透明、硬脆的薄片。2.1.2聚丙烯酰胺的溶劑在PAM分子鏈上每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元皆有一個(gè)酰胺側(cè)基，酰胺側(cè)基是親水性的極性基團(tuán)，根據(jù)溶解的相似相容原則和溶劑化原則，它只能溶解在水和極少數(shù)幾種羥基化合物和含氮化合物的有機(jī)溶劑中。水是PAM的最好溶劑，它們能以任何比例混合。應(yīng)該注意到，與多數(shù)水溶性聚合物不同，只有PAM在水中的稀釋是吸熱過(guò)程，原因可能是酰胺基與水分子之間的作用極強(qiáng)，在低水含量時(shí)形成了絡(luò)合體；具有低于0℃的上臨界溶解溫度(UCST)，外推法得到的PAM——水體系的溫度T約-40℃，沒(méi)有下臨界溶解溫度（LCST）。但是在氮原子上引入疏水側(cè)基的聚異丙基丙烯酰胺的水溶液則有LCST，32.5℃，在LCST以下溶解，而在LCST以上則不溶解。2.1.3聚丙烯酰胺的溶解速率PAM的溶解過(guò)程與典型的高聚物一樣呈現(xiàn)先溶脹后溶解的現(xiàn)象。但對(duì)于PAM，其溶解時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于一般高聚物，有的長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)星期。PAM的溶解速率與其相對(duì)分子質(zhì)量、離子度、分子的幾何結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的劑型、溶解溫度、攪拌和投料方式等因素有關(guān)。溶解速率隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大和化學(xué)交聯(lián)程度的增加而變慢，整體交聯(lián)將使PAM只溶脹不溶解。在粉末產(chǎn)品的制造過(guò)程中，高的干燥溫度和長(zhǎng)的干燥時(shí)間會(huì)使產(chǎn)品部分支化或輕度交聯(lián)，而延長(zhǎng)溶解時(shí)間甚至出現(xiàn)部分不溶物。為加快PAM溶解的主要技術(shù)途徑是從合成方面著手，常采取如下技術(shù)措施：(1)選擇適宜的聚合工藝和條件，以減少支鏈和交聯(lián)；引入更親水的離子型結(jié)構(gòu)單元（如羧基）或適量的其他單體共聚改性，以減少PAM鏈上酰胺基及其氫鍵的數(shù)量。(2)在制造過(guò)程中加入適量的能與酰胺基產(chǎn)生氫鍵的低分子物質(zhì)（如尿素等），以減少PAM鏈間的氫鍵數(shù)量；混入致孔劑（如硫酸鈉等），遇水時(shí)這些低分子物質(zhì)很快向水中擴(kuò)散溶解，形成有利于水分子向PAM方向滲透擴(kuò)散的通道；加入親水型的表面活性劑即所謂滲透劑（如烷基聚氧乙烯醚類），PAM顆粒與水接觸后在表面形成親水膜，降低水的表面張力，促進(jìn)水向顆粒內(nèi)的擴(kuò)散和聚合物產(chǎn)品或水分散聚合法生產(chǎn)所謂水包水乳液(W/W）。這兩種產(chǎn)品的分散實(shí)際上是高濃度的聚合物溶液，分散粒子尺寸很?。ㄎ⒚准?jí)），溶解是不需要經(jīng)過(guò)溶脹階段只是濃溶液的稀釋，他們可直接在管道的輸送過(guò)程中溶解。2.2聚丙烯酰胺水溶液的性質(zhì)2.2.1聚丙烯酰胺水溶液的一般性質(zhì)PAM水溶液是均一清澈的溶液。經(jīng)過(guò)濾的極稀的純聚丙烯酰胺溶液中僅含單個(gè)的無(wú)締合的大分子線團(tuán)。濃度稍高時(shí)（千分之幾到百分之幾），鏈間的纏結(jié)和氫鍵結(jié)合使PAM溶液呈水溶膠的行為。PAM水溶液的一個(gè)重要特性是呈現(xiàn)高黏性。其黏度強(qiáng)烈依賴于PAM的相對(duì)分子質(zhì)量及其濃度和溫度等外界條件。PAM水溶液的黏度對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量或濃度呈函數(shù)關(guān)系。均聚物溶液黏度與pH值無(wú)關(guān)。加入適量NaCl還強(qiáng)烈依賴于其離子度、pH值和離子強(qiáng)度等因素。PAM水溶液能容納相當(dāng)多的與水互溶的有機(jī)化合物。PAM水溶液對(duì)無(wú)機(jī)電解質(zhì)有很大的包容性，在該溶液中加入大量的某些無(wú)機(jī)鹽時(shí)，不發(fā)生相分離。如阻燃劑成分磷酸銨鹽類，氯化鈉、氯化銨和氯化鋅等氯化物。2.2.2聚丙烯酰胺水溶液得依時(shí)性[9]聚丙烯酰胺水溶液的性質(zhì)經(jīng)常呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。不穩(wěn)定的物理現(xiàn)象多種多樣，其成因也各異，主要有兩類，即各種因素引起的PAM降解和PAM分子鏈的構(gòu)想變化。降解的后果是分子鏈斷裂、相對(duì)分子質(zhì)量降低，以致PAM水溶液黏度的降低。早先人們認(rèn)為，PAM溶液黏度的降低是PAM降解造成的，常以PAM溶液黏度的降低來(lái)衡量降解的程度。但后拉發(fā)現(xiàn)溶液黏度降低的原因很多，不一定是降解造成的，如水解聚丙烯酰胺(HPAM)按水溶液含有一價(jià)無(wú)機(jī)鹽、二價(jià)堿金屬離子以及陳化等，這些情況皆能引起溶液黏度的降低。人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，PAM水溶液的黏度、特性黏數(shù)和絮凝速率等性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間（幾個(gè)星期）內(nèi)隨時(shí)間而降低。溶液黏度隨時(shí)間變化的這種不穩(wěn)定現(xiàn)象稱為依時(shí)性。許多科學(xué)工作者已從不同的方面對(duì)它進(jìn)行了詳細(xì)的研究，歸納如下：(1)純度的影響。從工業(yè)產(chǎn)品水溶液黏度的降低提出其起因是樣品不純，產(chǎn)品中含有剩余引發(fā)劑等氧化性雜質(zhì)能使其降解，但是實(shí)驗(yàn)室出去殘留引發(fā)劑的高純樣品同樣存在依時(shí)性。(2)環(huán)境因素的影響。認(rèn)為是溫度、光、大氣中的氧、二氧化碳等環(huán)境因素造成的，但是即使把樣品溶液保存在室溫下、避光的黑暗中、無(wú)機(jī)械振動(dòng)的環(huán)境中，仍能觀察到黏度隨時(shí)間的降低，將PAM樣品置于氮?dú)庵斜４嬉灿^察到不穩(wěn)定性；固體樣品貯存期間受到潮氣的影響后即使再經(jīng)充分干燥，與聚合后立即干燥的樣品相比，特性黏數(shù)也有明顯的降低。(3)微生物的降解。發(fā)現(xiàn)不清潔的樣品溶液存在黏度的不穩(wěn)定性，提出是由微生物降解引起的，但是加了生物殺傷劑(biocides)并不能排除。(4)穩(wěn)定劑。試圖以緩沖劑調(diào)節(jié)溶液的pH值（pH1~12的一個(gè)系列的標(biāo)準(zhǔn)溶液）來(lái)穩(wěn)定溶液，但是沒(méi)有引起到任何作用，而加入2%（體積）的異丙醇，水溶液的黏度沒(méi)有降低。(5)流體力學(xué)體積。由GPC測(cè)定和絮凝實(shí)驗(yàn)證明PAMM的流體力學(xué)體積變小。(6)相對(duì)分子質(zhì)量的影響。對(duì)一個(gè)系列的相對(duì)分子質(zhì)量樣品測(cè)定特性黏數(shù)的依時(shí)性，發(fā)現(xiàn)只要相對(duì)分子質(zhì)量低1.5×106就不出現(xiàn)不穩(wěn)定性；用光散射法與黏度法進(jìn)行平行研究，相對(duì)分子質(zhì)量高1.5×106的樣品溶液有明顯的黏度不穩(wěn)定性，散射光強(qiáng)度也隨時(shí)間而下降，但是把放置不同天數(shù)的樣品溶液的散射光強(qiáng)度對(duì)散射角度作圖并向零角度外推，在縱坐標(biāo)上相較于一點(diǎn)。這表明經(jīng)存放的樣品相對(duì)分子質(zhì)量沒(méi)有降低，意味著分子鏈沒(méi)有降解。Klein提出，可能在PAM水溶液中存在各種形式的氫鍵及結(jié)構(gòu)的形成和破裂影響溶液的穩(wěn)定性。這一觀點(diǎn)得到氘化和未氘化PAM的紅外光譜分析的證實(shí)[10]。PAM水溶液黏度的不穩(wěn)定性在其應(yīng)用和測(cè)定中極為不利。2.2.2聚丙烯酰胺的化學(xué)性質(zhì)聚丙烯酰胺（PAM）的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為聚合物的斷裂降解和活潑酰胺基的化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)酰胺基的反應(yīng)可以對(duì)PAM進(jìn)行化學(xué)改性，在其上引入陰離子、陽(yáng)離子及其他官能團(tuán)，制備一系列的功能衍生物，從而進(jìn)一步擴(kuò)展PAM的性質(zhì)和應(yīng)用范圍。通過(guò)PAM的反應(yīng)制備其他功能性衍生物比共聚法更方便或更廉價(jià)。因此，PAM已成為一個(gè)重要的高分子母體。與低分子酰胺化合物相比，PAM中酰胺基的化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)出更大的復(fù)雜性。這表現(xiàn)為：副反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的多邊性，大分子化學(xué)反應(yīng)的鄰基效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為變化等。此外高相對(duì)分子質(zhì)量PAM溶液的高黏度也會(huì)引起一些混合、分散等操作上的困難，使PAM的化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)出不均勻性。另一方面，PAM水溶液在貯存和應(yīng)用過(guò)程中的水解、降解等反應(yīng)會(huì)顯著地改變PAM類聚合物水溶液的性質(zhì)，如流變性質(zhì)，從而影響其應(yīng)用性能，尤其是長(zhǎng)期應(yīng)用性能。2.3丙烯酰胺聚合物的結(jié)構(gòu)表征與測(cè)定2.3.1丙烯酰胺聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征丙烯酰胺類聚合物可以由AM或其他單體共聚制得，也可以通過(guò)PAM的后反應(yīng)改性制得。檢測(cè)聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的大多數(shù)常規(guī)方法都可用于丙烯酰胺類聚合物的結(jié)構(gòu)分析，其中較為常用的方法有元素分析、裂解色譜、核磁共振和紅外光譜法。對(duì)于水溶性高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺化學(xué)結(jié)構(gòu)表征，較好的方法是將濃PAM水溶液直接在氯化銀或溴化銀板上成膜，以制備薄而均勻的膜，為保證水解度測(cè)定的重現(xiàn)性，應(yīng)使用pH為8~10的緩沖溶液[11]。2.3.2聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的表征PAM的相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量的分布是其最為重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接影響著PAM在溶液中的線團(tuán)尺寸和溶液狀態(tài)，決定著PAM溶液的流變等應(yīng)用性能。測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量最常用的方法是黏度法[12]。黏度法測(cè)定聚合物相對(duì)分子質(zhì)量是高分子科學(xué)和高分子材料工業(yè)生產(chǎn)中最常用的和最簡(jiǎn)捷的一種方法。黏度法的測(cè)定原理黏度法測(cè)定聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的原理是在特定條件下存在如下定量關(guān)系：[?]=KMα式中，[?]為特性黏數(shù)；M為聚合物相對(duì)分子質(zhì)量；K、α在給定聚合物結(jié)構(gòu)、給定聚合物－溶劑－溫度體系和給定相對(duì)分子質(zhì)量范圍內(nèi)是常數(shù)。2.4丙烯酰胺聚合反應(yīng)化學(xué)2.4.1氧化還原反應(yīng)體系A(chǔ)M的聚合常采用氧化還原引發(fā)體系。在工業(yè)生產(chǎn)中，氧化劑與還原劑可獨(dú)立保存，都具有較高的穩(wěn)定性，而兩者混合后在較低溫度下反應(yīng)即可產(chǎn)生自由基。氧化還原引發(fā)體系的優(yōu)點(diǎn)是引發(fā)反應(yīng)的活化能較低（40~60kJ/mol），因而可在較低溫度（0℃~50℃）下引發(fā)聚合，引發(fā)速率快，且對(duì)溫度的依賴性較小[13]。它的主要缺點(diǎn)是引發(fā)劑消耗速率太快，會(huì)降低單體的轉(zhuǎn)化率，還原劑易于參與鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而降低聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量。氧化還原引發(fā)體系的組分可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)的，可以是水溶性或油溶性的化合物。水溶性氧化還原引發(fā)體系在AM的聚合中得到了非常廣泛的應(yīng)用。常用的氧化劑有過(guò)硫酸鹽、過(guò)氧化氫、高錳酸鹽、溴酸鹽等；相應(yīng)的還原劑有亞硫酸鹽、焦亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、羥胺、疏基化合物、脲、蘋(píng)果酸、抗壞血酸、酒石酸等[14]。表4列出了不同引發(fā)體系引發(fā)AM聚合反應(yīng)時(shí)的總活化能。通常氧化還原引發(fā)體系的引發(fā)劑分解活化能低于單組分引發(fā)劑。對(duì)于AM聚合體系，表4中有個(gè)別幾個(gè)體系的聚合反應(yīng)總活化能為負(fù)值。這種現(xiàn)象比較反常，這是由于活性自由基鏈與初級(jí)自由基的偶合反應(yīng)而導(dǎo)致熵的變化引起的。2.4.2復(fù)合引發(fā)劑體系在聚丙烯酰胺的生產(chǎn)過(guò)程中，由于聚合熱難以散出，使聚合體系溫度顯著升高，為獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的產(chǎn)品，通常需將適用于不同溫度范圍的引發(fā)劑復(fù)合使用。這樣既可以降低前期的引發(fā)溫度，又可以提高后期的聚合轉(zhuǎn)化率。復(fù)合的方法可以是簡(jiǎn)單的物理混合，也可以是化學(xué)復(fù)合。這種復(fù)合引發(fā)劑可以由兩組分或更多組分構(gòu)成。對(duì)于一般的聚合體系，使用氧化還原反應(yīng)引發(fā)體系時(shí)，為了彌補(bǔ)還原劑的損失，經(jīng)常采用的方法是連續(xù)補(bǔ)加。而對(duì)于AM聚合體系，因其體系黏度高，不加還原劑并不可取。較好的方法是將氧化還原引發(fā)體系的分解引發(fā)聚合，當(dāng)氧化還原引發(fā)體系消耗后升高溫度，在較高溫度下有熱敏引發(fā)劑引發(fā)，聚合反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)化率的目的。有人也將這種復(fù)合引發(fā)劑體系成為梯度引發(fā)體系[15]。2.4.3單體濃度與聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系在水溶液自由基聚合反應(yīng)中，聚合產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量隨單體濃度升高而增大，隨引發(fā)速率加快而減小。若其他條件不變，當(dāng)聚合溶液中單體濃度提高后，因?yàn)殡S著聚合速率的提高，體系黏度急劇增大，聚合熱難以及時(shí)消散，因而造成聚合體系溫度升高。如果導(dǎo)致引發(fā)速率加快的情況發(fā)生，則單體濃度的提高還有使產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量降低的一面，而且濃度越提高這種作用越顯著。由于單體濃度提高而產(chǎn)生的這兩種相反的效果，可使聚合產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量隨單體濃度增高出現(xiàn)極大值[16]。表4不同引發(fā)劑下ＡＭ聚合的總活化能2.4.4聚合溫度對(duì)句丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的影響聚合溫度對(duì)PAM的相對(duì)分子質(zhì)量有重大影響。實(shí)踐證明降低聚合起始溫度是提高PAM相對(duì)分子質(zhì)量的重要舉措。溫度的影響比其他因素對(duì)產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量的影響更顯著。通常起始溫度超30℃時(shí)，無(wú)論如何改變其他聚合條件，產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量都很難超過(guò)千萬(wàn)級(jí)[17]。原因可能有幾種：其一，AM聚合的最大特點(diǎn)是，它在聚合反應(yīng)中活性鏈?zhǔn)潜桓叨人姆肿渔?，末端自由基被締合的水所包埋，分子間難以發(fā)生結(jié)合等終止反應(yīng)，所以它的活性鏈壽命很長(zhǎng)，產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量可以很大。從kp/k1/2t值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他單體聚合的情況也可以看出它的特點(diǎn)。當(dāng)溫度升高后，分子間接締合速率加快，締合水量減少，速率增加，使得產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量下降。其二，隨著反應(yīng)體系溫度升高，引發(fā)劑分解生成自由基的速率加快。顯然在同一單體濃度下，在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中平均每個(gè)聚合物分子的相對(duì)分子質(zhì)量必然會(huì)減少。另外，當(dāng)聚合溫度增加后，大分子活性鏈對(duì)單體和引發(fā)劑等的鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)也會(huì)迅速增加，因此也造成聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的下降。在AM水溶液的聚合中，當(dāng)AM的濃度提高到一定值后，聚合產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)凝膠，并且濃度越大產(chǎn)生的凝膠越多。溫度增加雖然有利于分子間叔碳自由基的偶合交聯(lián)，但同時(shí)也會(huì)增加聚合物分子間的酰亞胺化交聯(lián)反應(yīng)。這樣的凝膠就會(huì)影響聚合物的溶解速率。這是如果有氨存在，就可抑制產(chǎn)物分子間的酰亞胺化交聯(lián)，降低凝膠含量。但是由于氨的存在，聚合物體系中產(chǎn)生的NTP[N(CH2CH2CONH2)3]增加。這個(gè)叔胺會(huì)導(dǎo)致聚合物產(chǎn)生支化，又會(huì)增加聚合的引發(fā)速率。2.5應(yīng)用現(xiàn)狀2.5.1國(guó)外各國(guó)家和地區(qū)聚丙烯酰胺的應(yīng)用結(jié)構(gòu)有所不同，美國(guó)和西歐的聚丙烯酰胺主要用于水處理，在造紙方面應(yīng)用所占比例相對(duì)較小，而日本的聚丙烯酰胺則主要用于造紙工業(yè)。2.5.2國(guó)內(nèi)我國(guó)聚丙烯酰胺主要應(yīng)用領(lǐng)域是石油開(kāi)采、水處理、造紙、高吸水性樹(shù)脂，冶金和洗煤等。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)聚丙烯酰胺產(chǎn)品的主要用戶是油田的三次采油和水處理行業(yè)[18]。2.6產(chǎn)業(yè)及研究發(fā)展趨勢(shì)從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)看，隨著我國(guó)自身經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)迅速發(fā)展成為世界制造業(yè)的中心之一。西方發(fā)達(dá)國(guó)家向我國(guó)等發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移本國(guó)已失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。聚丙烯酰胺行業(yè)也在此列從聚丙烯酰胺行業(yè)特點(diǎn)上看，由于使用的原料丙烯腈是劇毒物質(zhì)，丙烯酰胺也具有一定的毒性，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程毒性較大，職業(yè)病危害因素比較嚴(yán)重，有一定數(shù)量的污染物排放，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有一定的損害。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于環(huán)保、生產(chǎn)安全、員工勞動(dòng)保護(hù)等方面要求嚴(yán)格，對(duì)含有有毒化學(xué)品的產(chǎn)品生產(chǎn)采取不同程度的限制和不鼓勵(lì)政策。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家采取轉(zhuǎn)移基地的策略。將新建的生產(chǎn)基地選在我國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家。上述因素決定了丙烯酰胺、聚丙烯酰胺類產(chǎn)品在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)規(guī)模不會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。而由于我國(guó)極具潛力的聚丙烯酰胺消費(fèi)市場(chǎng)、以及相對(duì)寬松的投資、生產(chǎn)環(huán)境，為聚丙烯酰胺產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的空間[19]。聚丙烯酰胺是一種線型的水溶性聚合物，是水溶性高分子中應(yīng)用最廣泛的品種之一，在石油開(kāi)采、水處理、紡織印染、造紙、選礦、洗煤、醫(yī)藥、制糖、養(yǎng)殖、建材、農(nóng)業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，有“百業(yè)助劑”、“萬(wàn)能產(chǎn)品”之稱[20]。聚丙烯酰胺屬精細(xì)化工產(chǎn)品，也屬于新材料范疇。其中高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺是國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的八大精細(xì)化工產(chǎn)品之一，也是國(guó)家計(jì)委新材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)項(xiàng)目之一。因此綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)研究聚丙烯酰胺，研究高品質(zhì)的聚丙烯酰胺，特別是研究高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)非?？春?。3研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案3.1研究?jī)?nèi)容1）在常溫下，將一定比例的AM，用桶裝飲用水溶解均勻后，加入計(jì)算量的碳酸鈉，脲素，過(guò)硫酸鉀，溶液通氮保護(hù)15分鐘左右后置于25℃的恒溫水浴鍋里水浴8h后，制備高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺產(chǎn)品；2）通過(guò)改變配方中引發(fā)劑的用量，研究引發(fā)劑濃度對(duì)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的影響；3）通過(guò)改變配方中單體AM的用量，研究單體濃度對(duì)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的影響；4）通過(guò)控制改變恒溫水浴鍋的溫度來(lái)研究引發(fā)溫度對(duì)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的影響；5）采用黏度法測(cè)定聚丙烯酰胺合成制品相對(duì)分子質(zhì)量的大小。3.2實(shí)驗(yàn)方案3.2.1試劑和儀器試劑：丙烯酰胺(AM)，碳酸鈉，過(guò)硫酸銨，尿素，均為分析純?cè)噭凰疄橥把b飲用水。實(shí)驗(yàn)儀器：烏氏粘度計(jì)(溫度30±0.1℃)，恒溫水浴，烘箱，電子天平，洗耳球，密封式塑料袋，燒杯等玻璃儀器。3.2.2聚合物合成在常溫下，將一定比例的AM，用去離子水溶解均勻后，加入計(jì)算量碳酸鈉、過(guò)硫酸銨、尿素，溶液通氮保護(hù)15分鐘左右后將配置水溶液密封好并置于25℃恒溫水浴鍋里水浴8h后取出即可制得相應(yīng)聚丙烯酰胺產(chǎn)品。3.2.3聚丙烯酰胺合成制品相對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定[21]按GB10247—1988標(biāo)準(zhǔn)，采用烏式粘度計(jì)法測(cè)定合成的PAM相對(duì)分子質(zhì)量，用烏氏粘度計(jì)測(cè)定共聚物的特性黏度并按下式計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量：[?]＝3.73×10-4M0.664目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1目標(biāo)（1）合成相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)600萬(wàn)的高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺。（2）采用粘度法表征出聚丙烯酰胺合成制品相對(duì)分子質(zhì)量的大小。4.2主要特色（1）通過(guò)配制一定比例的單體濃度和控制引發(fā)劑引發(fā)溫度以及在配方中加入助劑等手段合成出相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)600萬(wàn)的高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺。（2）目前國(guó)內(nèi)能夠合成高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺所運(yùn)用的聚合工藝方法一般都非常復(fù)雜，制備條件要求相對(duì)較高，引用到工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用上的生產(chǎn)成本相對(duì)非常高，而我們能夠通過(guò)運(yùn)用極為簡(jiǎn)易的聚合工藝方法合成出相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到700萬(wàn)的高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺。4.3進(jìn)度20xx年2月28日-20xx年3月20日查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并翻譯相關(guān)英文文獻(xiàn)資料。20xx年3月21日-20xx年5月12日進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，合成制備高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺制品并對(duì)聚丙烯酰胺制品的相對(duì)分子質(zhì)量的大小作相應(yīng)表征測(cè)定。20xx年5月13日-20xx年5月31日研究引發(fā)劑濃度、單體濃度和引發(fā)溫度對(duì)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的影響。20xx年6月1日-20xx年6月20日整理資料，撰寫(xiě)，修改論文，準(zhǔn)備答辯。5參考文獻(xiàn)[1]方道斌,郭睿威,哈潤(rùn)華,等.丙烯酰胺聚合物[M].北京:化學(xué)化工出版社,2006.[2]SaitoJun,HondaTadatoshi,MitsuishiTakatoshi,et,al.Aqueousacrylamideforproductionofhigh-molecularweightpolyacrylamide[P].G.B.Pat:2,079,284.[3]Otsuka,TeruzoWado,Yoji.Manufactureoffast-dissolvingpowderedacrylamidepolymers[P].KokaiTekkyoKohoJP:01,29,407.[4]Matsumoto,shusaku,AdachiSeiji.Photopolymer-izationcatalyitinmanufactureofwater–solublevinglpolymers[P].KokaiTokkyoKohoJP:62,265,302.[5]李瑛秀,孫文霞,季鴻漸,等.活性炭對(duì)丙烯酰胺單體水溶液的精制作用[J].應(yīng)用化學(xué),1977,14(5):77.[6]方道斌.丙烯酰胺聚合物[