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聚乙烯胺的合成、性能和层层自组装研究

李琦  
【摘要】:聚丙烯酰胺(PAM)、聚N-乙烯基甲酰胺(PNVF)和聚乙烯胺(PVAm)都是水溶性高分子。由于在聚合物分子链上分别带有活性的酰胺基和胺基,从而获得许多特殊性能,使它们在多个领域具有广阔的应用前景。本论文主要工作如下: 1、PAM的合成。以丙烯酰胺(AM)为单体,(NH_4)_2S2O_8/NaHSO_3为氧化还原引发体系,采用水溶液聚合法制备PAM。利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、高效凝胶渗透色谱仪(GPC)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)研究了PAM的结构、性能和重均分子量;同时考察了反应温度及单体、引发剂和链转移剂的质量分数对聚合反应AM转化率及PAM重均分子量的影响。红外光谱图中998 cm~(~(-1))处C=C双键的特征吸收峰消失表明AM聚合生成了PAM。PAM热分解分三个阶段进行,其玻璃化转变温度(Tg)随其重均分子量(Mw)增大而升高。提高反应温度、增大引发剂和单体质量分数都可提高单体转化率。升高反应温度、降低单体质量分数、增加引发剂和链转移剂质量分数均可降低PAM的Mw。 2、PVAm的合成。利用PAM的Hofmann降级反应制备了PVAm及聚乙烯胺盐酸盐(PVAm·HCl)。同时以2, 2’-偶氮二异丁脒二盐酸盐(AIBA)为引发剂,采用水溶液聚合法制备了PNVF且在酸性或碱性条件下将PNVF水解制备PVAm。在利用Hofmann降级反应的实验中利用FTIR、超导核磁共振波谱仪(NMR)、XRD、DSC和TGA对PVAm·HCl的结构和性能进行了研究。红外光谱图中1530 cm~(-1)处出现-NH3+中N-H键的特征吸收峰,同时1665 cm~(-1)处出现酰胺基中C=O的特征吸收峰,但其吸收峰强度比PAM红外光谱曲线中-C=O特征吸收峰的强度明显减弱;(13)~C-NMR谱图中存在的三种碳原子特征吸收峰的位置分别为δ35.46 ppm(-CH_2-)、δ48.63 ppm(-CH-)和δ178.33 ppm(-CONH2);1H-NMR谱图中出现的质子化学位移分别为δ1.87 ppm(-CH_2-)和δ3.54 ppm(-CH-),以上均表明PAM经过Hofmann降级反应得到部分胺化的PVAm。PVAm·HCl分两个阶段热分解。PAM与PVAm·HCl的初始分解温度分别为190℃和140℃,PVAm·HCl的热稳定性比PAM的差。随PAM Mw的减少和NaOH用量的增加,PAM的降解率(a)逐渐增加。当PAM的质量分数为5 %且NaClO用量为10 mL时a值较大。增大PAM的Mw、降低NaClO质量分数和NaOH质量分数,PVAm·HCl的Tg均升高。PVAm·HCl的Tg在PAM质量分数为5 %时出现最低值。在PNVF水解反应实验中,利用FTIR、NMR和GPC对PNVF和PVAm·HCl的结构和PNVF的Mw进行了研究。同时通过核磁谱图说明碱性水解比酸性水解更完全。且NVF的转化率随引发剂质量分数增加而增大,而PNVF的Mw随引发剂质量分数增加而降低。 3、PVAm和聚丙烯酸(PAA)层层自组装研究。通过对PVAm和PAA层层自组装制备了以共价键结合的、稳定的多层组装膜。通过紫外可见分光光谱(UV-Vis)跟踪检测了组装过程:组装膜中酰胺基的吸光度随组装层数增加均匀上升并呈线性关系,表明PVAm和PAA交替组装顺利进行,PVAm和PAA是一层一层的依靠形成共价键组装成膜的。在其它条件不变的情况下,组装膜中酰胺基的吸光度随组装时间的增加而增大;同时随PAA和PVAm摩尔浓度的增大组装膜中酰胺基的吸光度增大。组装膜的傅立叶变换红外光谱中存在酰胺基中-C=O的伸缩振动特征吸收峰,表明在组装过程中胺基和羧基反应生成了酰胺键。原子力显微镜表征多层组装膜的形貌显示在硅片表面形成了聚合物膜的结构。


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