Page 25 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 符星琴，等: 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵聚合物合成和应用研究进展 ·659·

量对聚合物分子量的影响。这是 2010 年前国内外文 PDMC 低廉 [35] 等特点，广泛应用于日用化学品、
献报道的 PDMC 特征黏度最高值。但对单体纯度要 石 油开采、污 水处理 [36-37] 等行业。目前，关于
求高，引发剂需要自制且合成路线未知。此外，这 P(DMC-AM)制备的文献很多，但集中在中低阳离子
之前的文献未能报道单体转化率。 度聚合工艺研究，且特征黏度普遍不高，导致
2014 年，唐莉等 [28-29] 分别在过硫酸铵和过硫酸 P(DMC-AM)产品在实际应用中分子量无法满足要
钾引发体系下，以乙二胺四乙酸四钠（Na 4 EDTA） 求，阳离子度偏低也限制了其应用领域，以致被另
为助剂，建立了一次性加入引发剂、两步升温引发 一种阳离子聚合物 P(DAC-AM)取代了其市场主导
制备 PDMC 的水溶液聚合方法，并得到单体浓度、 地位。
助剂用量、引发剂用量和聚合反应温度对产物
PDMC 特征黏度影响强弱的顺序和影响规律，合成
出了特征黏度和转化率分别为 14.5 dL/g、99.2%和
14.7 dL/g、92.2%的 PDMC 产物。仅对聚合工艺条
件中的单体和引发剂的起始用量进行协同控制，无
需使用链转移剂和链终止剂，可制备出单体转化率
大于 98%，特征黏度为 2.00、4.00、6.00、8.00、10.00
dL/g 左右的系列化相对分子质量 PDMC 胶体产物。
至此，聚合物 PDMC 合成技术有了新突破，PDMC
相对分子质量得到了大幅度提高，且合成工艺简单，
只添加少量助剂来增强聚合反应体系抵御金属离子

干扰自由基聚合的能力，利于工业化生产，生产工

艺可在工业生产装置上直接应用。 聚合方式不同，得到的产物所能达到的最高相
1.2 均聚物 PDMC 最新研究方向
对分子质量和 P(DMC-AM)阳离子度也会不同，除
随着聚合物应用的飞速扩展，除了线性高分子， 此之外，其产物的物理状态和用途也会不同。主要
支化或交联高分子越来越受到重视。近年来，有研 合成方法有溶液聚合法、乳液聚合法、沉淀聚合法
究者开始用 DMC 单体通过交联反应合成 PDMC 聚 等。近 20 年国内外此类研究文献统计表明，溶液聚
合物分子刷，研究其对某些环境特定的响应，试图 合法所占比例最大，为 54%；其次是乳液聚合法，
用于生命科学和生物传感器等 [30-32] 领域。如 KOU 占 35%；剩余 11%为少数实验室采用的方法。
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等 [33] 展示了 PDMC 分子刷与特定的反离子 Cl 、 2.1 溶液聚合法
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ClO 4 、SCN 和 Ac 的相互作用，发现当分子刷暴露 溶液聚合法操作简便、环境污染少，单体转化
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在过量的 Cl 反离子中时，只有在高盐浓度下能明显 率高，是国内外文献报道的最早合成 P(DMC-AM)
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看到分子刷脱水塌陷；但在 ClO 4 、SCN 反离子中时， 聚合物的方法 [8,38] ，也是工业生产中最早使用的方
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低盐浓度下就脱水塌陷；而当 Ac 加入时，分子刷
法。然而，溶液聚合过程后期传热效果差，较难获
在低盐浓度水合膨胀，高盐浓度脱水塌陷。PDMC
得高分子量产品。此外，聚合结束后产物呈胶体状
分子刷的这种反离子特异性主要由特定的离子对对
态，产物溶解时间长，保存时间短，一般制成干粉。
分子刷渗透压的调节能力与离子对的疏水性决定。 在此过程中，高温烘干和剪切作用容易使高分子链降
ZHANG 等 [34] 合成了 pH 响应的 PDMC 分子刷，研
解和交联，使干粉产品的溶解、絮凝等性能变差 [39] 。
究了不同 pH 下，PDMC 分子刷的变化。但是 PDMC
在不同反应条件下，AM 与 DMC 的竞聚率比值
分子刷研究还处于起步阶段，真正应用到实际场合
可在 9∶1~1∶8 之间变化 [40-42,20] ，这使得共聚反应
还需不断实验探索。
过程中聚合物的序列结构及相对分子质量会随聚合
2 共聚物 P(DMC-AM)合成研究进展 工艺有很大区别。如何在得到设计的共聚物单元结
构组成的同时，获得高特征黏度或具有一定序列结
为改善 PDMC 的物理化学性质，提高其相对分 构的聚合产物，成为研究难点。
子质量，降低生产成本，一般将 DMC 单体与高活 2.1.1 提高 P(DMC-AM)特征黏度
性单体丙烯酰胺共聚形成阳离子共聚 物 很多文献通过调整聚合工艺，深入研究了各因素
P(DMC-AM)，路线如下所示。此类聚合物相对分子 对产物相对分子质量和单体转化率的影响规律 [43-46] 。
质量和阳离子度易通过不同制备工艺条件加以控 例如，余先巍等 [43] 系统研究了单体用量、复合引发
制，具有高效无毒，适用范围广、造价比均聚物 剂用量、络合剂用量和助剂尿素用量对 P(DMC-AM)