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聚丙烯酰胺的酸性水解反应

来源:北京北科 时间:2012-03-15 点击次数:

经我公司长期研究发现,聚丙烯酰胺PAM酰氨基的水解反应在中性条件下进行得很慢,在40℃水解10天,其水解度未发生可测的变化。但此水解过程可被酸、碱和热促进。PAM水解产物的结构、羧基与酰氨基的序列分布、水解程度以及水解动力学都显著地依赖于水解时的PH值、温度和溶液中小分子电解质浓度。通常将PAM中所含阴离子丙烯酸单元的比例称为PAM的水解度。

聚丙烯酰胺的酸性水解:
酸可以强化PAM的水解,但酸性条件下PAM的水解速率较碱性水解慢很多,故常需在较高温度下进行。酸性条件下,水与质子化的酰氨羰基发生亲核加成,之后消去氨(NH3),丙烯酰胺结构单元水解为丙烯酸结构单元。

在偏酸性条件下PAM的水解,水解速率随温度升高和PH降低而加快。随着水解进行,其水溶液的黏度和PH值都会发生变化。在反应液的PH<8而无缓冲剂时,水解产生的氨会使溶液的PH值升高,黏度增加。但光散射线数据研究表明,在水解过程中PAM链长基本保持不变。因此黏度的变化起因于水解引起的PAM链构象变化。

PAM的酸性水解表现出显著的临基催化效应,即水解后生成的羧基对临位酰氨基的水解产生加速作用。这导致酸性水解的速率随水解度的增加而加速。丙烯酰胺-丙烯酸的共聚物或水解聚丙烯酰胺的水解速率明显快于丙烯酰胺均聚物。

由于这种邻基催化作用,当水解度较低时,水解产物倾向于形成嵌段型结构。在强反应条件下,酰胺基则可以全部水解为羧酸基。

聚丙烯酰胺PAM酸性水解时,除AM结构单元水解生成羧基外,还易发生酰亚胺化反应。此反应随戒指酸度提高而加剧,甚至成为酸性条件下的主要反应。如在PH为4、40℃下反应3天产生10%的酰亚胺基团,而在较高温度和较强酸性下反应6小时即可生成10%的酰亚胺,反应24小时则出现沉淀。生成的酰亚胺结构在酸性介质中具有较高的稳定性,在较高温度下也不易水解;酰亚胺基团在中性及弱碱性条件下仍具有一定的稳定性,但在较高温度下或强碱作用下,则发生快速水解,生成羧基及酰氨基。当酰亚胺化发生在分子间时,将导致聚合物的溶解性变差,甚至生成交联的凝胶,因而较少采用酸性条件制备水解PAM。但是酸性介质对PAM结构变化的影响在PAM应用中却不可忽视。