低分子量聚丙烯酸钠的合成及分散性能研究

表 3 各产品的特性粘度和分子量 TABLE 3 Different productsπ limiting viscosity
and molecular weight
实验号
C/ (g·mL - 1)
ηr
[η]
M
1
01009 174
11426 0 42139
9 310
2
01013 338
11307 5 20190
纤维是由厂家提供的不含集束剂的玻璃纤维 ( d = 6 μm) . 将它剪成 5 cm 左右的长度放入打浆机中经一 定时间的打浆 ,迅速被切断 ,玻璃纤维成絮固状 ,干 燥后待用.
将 200 mL 水 4 g 已处理的玻璃纤维和适量的聚 丙烯酸钠用搅拌器搅拌分散 ,然后测定沉降时间. 把 一定量的玻璃纤维及聚丙烯酸钠分散剂加入到纸浆 浆液中进行抄纸实验 ,测定纸板的物理性能.
2002204228 收稿 http :ΠΠwww. chinainfo. gov. cnΠperiodicalΠbjlydxxbΠ 3 制浆造纸工程国家重点实验室开放资金资助项目. 第一作者 :何静 ,女 ,1961 年生 ,副教授. 主要研究方向 :林产品深加工. 电话 :010262338152 Email : hejing2008 @sina. com 地址 :100083 北 京林业大学 126 信箱.
C
(1)
式中 ,[η]为特性粘数 ,ηsp 为比浓粘度 ,ηr 为粘度 , C
为溶液浓度.
高聚物溶液的特性粘数[η]和高聚物分子量 M
之间的关系 ,通常用带有两个参数的 Mark2Houwink
经验方程式来表示 :
[η]
=
α
kM
对于本试验所采用的温度 - 溶剂体系 ,其两个参数 k ,α分别为 01176mLΠg、016 ,即
2 实验结果
211 正交实验预设计合成低分子量聚丙烯酸钠 影响分子量的主要因素有 :温度 、引发剂用量 、
链转移剂用量和单体浓度. 采用正交实验法设计三 水平四因子 L9 (34 ) 正交表 (见表 1) ,研究各因素对 分子量的影响效果和最佳分散剂合成条件的选择.
表 1 实验设定的因子水平 TABLE 1 Factors of the orthogonal experiment
因子
水平
1
2
3
温度 AΠ℃
A1 60 A2 70 A3 80
引发剂用量 (占单体重) B/ % B1 4 B 2 5 B 3 6
链转移 剂 用 量 ( 占 单 体 体 积)
CΠ%
C1 25 C2 30 C3 35
单体浓度 (单体占水重) D/ % D1 60 D2 80 D3 100
表 2 正交实验排表及分析结果 TABLE 2 Orthogonal experiment design and analysis
M = 016 [η]Π01176 11213 分散性能测定
随着复合材料应用领域的不断扩大和品种产量
的不断增加 ,对于中号玻璃纤维的分散也提出了要 求[6 ,7] . 如中号玻璃纤维增强了纸的耐热 、耐化学性 能等 ,都要求把玻璃纤维从束状转变为单丝状 ,以达 到材料成型的质量和工艺要求. 本实验使用的玻璃
6134
501
9
01020 341
11197 0
9120
730
注 : C 是聚丙烯酸钠溶液浓度 ,ηr 是粘度 ,[η]是特性粘数 , M 是分 子量.
电位) ,通过计算被分散物质玻璃纤维在纸板中的添 加量 ,来估算出分散剂的加入量 ,测试结果见表 4 , 5 ,图 1.
表 4 不同分子量分散剂的分散性能 TABLE 4 Dispersion power of different dispersants
宋君龙
(北京林业大学工学院)
(中国轻工业北京设计院一部)
摘要 该文主要研究了低分子量 (500～10 000) 聚丙烯酸钠的合成及分散性能的关系. 以过硫酸钾为引发剂 ,丙烯 酸为单体 ,异丙醇为链转移剂 ,用正交试验法得到不同分子量的聚丙烯酸钠. 用粘度法测得粘均分子量. 实验制备 的低分子量的聚丙烯酸钠均聚物具有良好的分散性能 ,以分子量在 2 000～10 000 之间为最佳. 得出了各反应因素 对聚丙烯酸钠分子量影响的趋势及程度 ,初步讨论了其分散机理. 并将用此法合成的分散剂在抄纸工艺过程中加 以应用 ,得到的抄纸板物理性能较好. 关键词 分散剂 , 聚丙烯酸钠 , 分散机理 中图分类号 TQ 32511 + 4
He Jing ; Wu Yuying ; Liu Liujun ; Pu J unwen ; Song J unlong. Synthesis of low2molecular sodium polyacry2 late (500～10 000) and capability of dispersing. Journal of Beijing Forestry University (2002) 24 (5Π6) 216～ 219[ Ch , 11 ref . ]School of Technology , Beijing For. Univ. , 100083 , P. R. China.
剂进行研究. 聚丙烯酸钠是特殊类型中高分子表面活性剂的
一种 ,根据分子量的不同 ,可作为分散剂 、洗涤剂助 剂 、防垢剂 、增稠剂 、絮凝剂 、吸咐剂 、胶粘剂等[2] .
据文献报道 ,低分子量 (500～5 000) 主要起分 散剂的作用 ; 中分子量 (104 ～106 ) 主要起增稠剂的 作用 ;高分子量 (106 以上) 主要起絮凝剂的作用. 我 们将对低分子量的聚丙烯酸钠作为分散剂的最佳分 子量范围进行研究[3] ,并将此分散剂应用于抄纸工 艺过程 ,来比较其效果.
B3
C2
D1
730
分 M1 12 847 11 295
11 251
11 725
子 M2 4 472
5 051
4 942
4 943
量 M3 1 869
2 842
2 995
2 520
极差 10 978 8 453
8 256
9 205
218
北 京 林 业 大 学 学 报
第 24 卷
217
1 材料与方法
111 材 料 11111 单体的选择
聚合物具有良好的水溶性 ,其分子链上应含有 —CONH2 , —COOH , —OH , —SO3 H 等亲水基团[4] ;聚
合单体具有一定的活性 ,易引发 、易控制. 根据这些 要求 ,我们选择了丙烯酸作为聚合单体. 11112 引发剂的选择
表面活性剂是精细化工的主要产品之一 ,在制 浆造纸工业中的使用越来越受到重视. 在纸的加工 过程中 ,分散问题很多 ,要选择合适的分散剂才能得 到高度分散的浆料 ,即分散均匀则可使其最大程度 地发挥作用. 分散剂作为表面活性剂的一种[1] ,其主 要作用是吸咐在被分散物体的表面 ,降低其表面自 由能而起到分散之目的. 高分子分散剂具有分子量 可调性 ,可适应于不同的需要. 链长 (亲油部分) 和接 枝大量的极性支链 (亲水部分) 比普通的分散剂分散 性能强. 我们选择高分子物质聚丙烯酸钠作为分散
112 试验方法
11211 低分子量聚丙烯酸钠的合成 在装有搅拌器 、回流冷凝器 、温度计和滴液瓶的
四口烧瓶内 ,加入水和异丙醇 ,在水浴锅上加热至一 定温度 ,滴加丙烯酸 ,同时 K2 S2O8 用热水溶解分 5～ 6 次加入 ,再保温反应. 冷却至 40 ℃后 ,加入一定量 的浓度为 30 %的 NaOH 水溶液 ,中和至 pH 值为 7～
产品
沉降时间Πs
现象
未加分散剂
166
引发剂在聚合反应中引起单体分子活化产生游
离基. 由于我们所采用的是水溶液聚合 ,故选择了在 水中易分散的 K2 S2O8 作为引发剂. 11113 链转移剂的选择
由于需要得到低分子量的聚合物 ,故需要加入 链转移剂以控制分子量. 链转移剂有硫醇和醇类. 我 们选择了价格低 、易回收 、可循环使用的醇类[5] .
This paper mainly researches synthesis of low2molecular polysodium acrylate (500～10 000) and relation2 ship between molecular weight and dispersion capability. The experiment took potassium persulphate as initia2 tor , crylic acid as monomer and isopropanol as chain transfer agent . In the experiment , the authors applied or2 thogonal test and polysodium acrylate of different molecular weights was produced. Their molecular weights were measured using fludometer. The research proves polysodium acrylate be of low2molecular weight , it is a kind of dispersion agents and whose molecular wight between 2 000 and 10 000 is the best . The trend and de2 gree of the influence on sodium polyacrylate weight by the reaction factors are obtained. The principles of dis2 persion are discussed. The dispersion agent synthesed was used in the process of paperboard making , and bet2 ter results were achieved. Key words dispersion agent , sodium polyacrylate , dispersion principle
8 ,加热蒸馏出链转移剂和水的混合物 ,回收循环使
用.
11212 粘度法测定分子量 以乌 氏 粘 度 计 在 ( 30 ±015) ℃, 以 012 molΠL
NaOH 水溶液为溶剂 ,测定各种条件下合成的聚合
物溶液的流出时间 ,并利用下列公式推算特性粘数 :
[η] =
2 (ηsp - lnηr )
第 24 卷 第 5Π6 期 2002 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJ ING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 24 , No. 5Π6 Sep. , 2002
低分子量聚丙烯酸钠的合成及分散性能研究 3
何 静 吴玉英 刘六军 蒲俊文
2 865
3Βιβλιοθήκη Baidu
01027 15
11254 0
8176
672
4
01013 163
11185 5 13129
1 347
5
01014 210
11232 8 15120
1 685
6
01009 968
11144 5 13183
1 440
7
01026 870
11246 3
8149
638
8
01040 819
11334 1
责任作者 : 蒲俊文 ,男 ,1964 年生 ,博士 ,副教授. 主要研究方向 : 制浆造纸工程. 电话 : 010262338152 Email : jwpu @bjfu. edu. cn 地址 : 100083 北京林业大学 126 信箱.
第 5Π6 期
何 静等 :低分子量聚丙烯酸钠的合成及分散性能研究
因子
试验结果
实验号 温度 A
引发剂 用量 B
链转移剂 用量 C 单体浓度 D 分子量
1
A1
B1
C1
D1
9 310
2
A1
B2
C2
D2
2 865
3
A1
B3
C3
D3
672
4
A2
B1
C2
D3
1 347
5
A2
B2
C3
D1
1 685
6
A2
B3
C1
D2
1 440
7
A3
B1
C3
D2
638
8
A3
B2
C1
D3
501
9
A3