新型阳离子高分子分散剂的合成与表征

新型阳离子高分子分散剂的合成与表征1

王培壮，房宽峻，付少海

江南大学生态纺织教育部重点试验室，江苏无锡 (214122)

E-mail：fangkuanjun@

摘要：以苯乙烯、4－乙烯基吡啶、丙烯酰胺、DMC为单体，采用溶液自由基引发聚合反应，合成了三种水溶性良好，具有不同疏水端，相同亲水端的阳离子高分子分散剂。用FTIR、NMR对结构进行了表征，并测定了特性粘数与阳离子单体含量。

关键词：阳离子高分子分散剂，4－乙烯基吡啶，苯乙烯

1.引言

阳离子型高分子分散剂由于其独特的结构和优越的应用性能，已经成为超分散剂研究的新领域。经过阳离子高分子分散剂处理过的颜料分散体系带有正电荷，对表面带有负电荷的纤维表面有更好的着色力[1,2]。此外，通过阳离子体系处理后的织物具有抗菌防霉性，延长了产品的储存时间，提高了产品档次。

目前，季铵盐型的阳离子聚合物是被研究最广，应用最多的一类阳离子高分子分散剂。通常制备这一类阳离子型分散剂的方法主要是单体直接聚合或者高分子改性。前一种方法制备的阳离子型分散剂阳离子度高，但是比较复杂；后一种方法制备方法简单，成本低，但阳离子度比较低[3]。与传统的分散剂相比，高分子的锚固基团可以根据分散体进行选择，基团的大小与数目都可以根据实际需要进行设计，这就更容易设计出在固体表面吸附牢固、解吸更难的分散剂，使得分散体系的分散稳定性大大提高[4]。

高分子分散剂涉及的物理化学性质极其复杂，大分子的疏水链以及亲水链都会对其分散性能造成显著地影响[5]。国外已经有人研究了各种不同锚固端对不同颜料的吸附性能。但国内做这方面工作的人还十分有限。本文分别选取苯乙烯、4－乙烯基吡啶为锚固端，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酰胺为亲水链，在相同的条件下合成了水溶性良好的三种结构类似的阳离子高分子分散剂并对其结构进行了表征。

2.实验部分

2.1 主要试剂与仪器

苯乙烯：化学纯，国药集团化学试剂有限公司；4－乙烯基吡啶：美国Alsa Aesar试剂公司；丙烯酰胺：化学纯，国药集团化学试剂有限公司；甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵：75.64％的水溶液，无锡新宇化工有限公司；过硫酸氨：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；乙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；丙酮：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；乙醚：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。硝酸银：分析纯，中国医药（集团）上海化学试剂公司。

WMZK－01温度指示控制仪；电炉；S－212恒速搅拌器；76－1玻璃恒温水浴锅；乌氏黏度计；250ml三口烧瓶；搅拌棒；冷凝回流管；恒压滴液漏斗；温度计；酸氏滴定管Nicolet Nexus傅立叶变换红外光谱议；DMX 500核磁共振波谱仪。

1本课题得到国家自然科学基金项目资助，项目批准号：20474025。

2.2 阳离子共聚物的合成

在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中加入部分溶剂（乙醇与水的质量比9：1），将溶解在剩余溶剂中的单体和引发剂的50％加入三口烧瓶中，升温至70℃，将剩余的混合溶液于恒压滴液漏斗中慢慢滴加入反应容器，保温7小时。然后降温中止反应，用无水乙醚将产物沉淀出来，然后把产物用丙酮沉淀洗涤3-5次，滤出的产物于50℃干燥至恒重。

2.3 阳离子共聚物的表征

红外光谱：采用KBr 粉末压片,用美国Nicolet Nexus －670 傅立叶变换红外光谱仪测试。 核磁共振:采用德国 BRUKER 公司的DMX 500型核磁共振波谱仪测量共聚物的

1

HNMR 谱图。工作频率 500MHz ；溶剂 D 2O 。

特性粘数：按GB12005.1－89和GB12005.2－89提供的方法，采用乌式粘度计测定。 阳离子单体含量：在阳离子聚合物体系中，平衡的阴离子为Cl －

，采用硝酸银滴定法测

定阳离子单体的含量。重铬酸钾为指示剂，滴定终点为溶液由黄色变为砖红色。

聚合物的阳离子单体含量可用下式计算：

M W

V

C K AgNO ×∆×=

3

3AgNO C －硝酸银标准溶液浓度（mol/L ） V ∆－硝酸银标准溶液体积（L ） W －聚合物的质量（g ）

M －DMC 的分子量（g/mol ）

3. 结果与讨论

本实验合成了三种结构类似的阳离子高分子分散剂，PVAD 、PSAD 与PSVD 。PVAD 选择4－乙烯基吡啶为锚固端；PSAD 选取苯乙烯为锚固端；而在聚合物PSVD 中包含苯乙烯与4－乙烯基吡啶两种锚固端，结构分别如下：

33-

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图1 PVAD

结构图

3-

36

图2 PSAD 结构图

3

6

图3 PSVD 结构图

3.1共聚物IR 谱图分析

图4、5、6分别为共聚物PVAD 、PSAD 与PSVD 的红外光谱图。

图4 共聚物PVAD 红外光谱图

图5共聚物PSAD 红外光谱图

图6共聚物PSVD 红外光谱图

从图4可以看出3280 cm-1为季铵盐基团上吸水引起的OH伸缩振动峰；1723 cm-1为DMC酯建酰氧基团特征吸收峰；1670 cm-1处为NH2伸缩振动峰；1558 cm-1，1602 cm-1处为吡啶环上C＝N伸缩振动吸收峰；1474 cm-1为吡啶环上C＝C伸缩振动吸收峰；1419 cm-1处为吡啶环上C－N对称伸缩振动吸收峰；1134 cm-1处为C－O振动吸收峰；953 cm-1，828 cm-1处为吡啶环上C－H振动吸收峰。

从图5可以看出3421 cm-1为季铵盐基团上吸水引起的OH伸缩振动峰；1727 cm-1为DMC酯建酰氧基团特征吸收峰；1667 cm-1处为NH2伸缩振动峰；1478 cm-1为苯环上C＝C 伸缩振动吸收峰；1142 cm-1处为C－O振动吸收峰；679 cm-1，756 cm-1处为苯环单取代吸收峰。

从图6得知3425 cm-1为季铵盐基团上吸水引起的OH伸缩振动峰；1725 cm-1为DMC 酯建酰氧基团特征吸收峰；1634 cm-1，1478 cm-1，1452 cm-1处为苯环与吡啶环中C＝C伸缩振动峰；1556 cm-1，1601 cm-1处为吡啶环上C＝N伸缩振动吸收峰； 1419 cm-1处为吡啶环上C－N对称伸缩振动吸收峰；1136 cm-1处为C－O振动吸收峰；755 cm-1，697 cm-1处为苯环单取代吸收峰。

3.2共聚物NMR谱图分析

图7、8、9分别为共聚物PVAD、PSAD与PSVD的核磁共振谱图。

图7 共聚物PVAD的核磁共振氢谱

图8 共聚物PSAD的核磁共振氢谱