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疏水缔合聚合物由于疏水缔合作用形成弱的物理交联网络,使其具有良好的增粘、抗温、耐盐和抗剪切性能,从而引起广大学者的关注。由于大多数疏水单体的水溶性较差,通常情况下,疏水缔合聚合物需要通过表面活性剂存在下的胶束共聚合方法进行合成。本文的工作中,自制的离子型疏水单体具有良好的水溶性,可在没有表面活性剂的情况下,在水介质中与丙烯酰胺等亲水性单体进行溶液共聚合。利用离子型疏水单体,制备出不同系列的离子型疏水缔合共聚物,考查了聚合物在静电力和疏水缔合力协同作用的影响下的溶液性能。具体内容如下:
1、以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺基十一烷酸(C11AM)为原料,采用自由基溶液聚合方法,在水介质中合成新型疏水缔合聚两性电解质-AM/DMC/C11AM系列共聚物(简称ADC系列)。C11AM是一种通过Ritter反应合成的弱阴离子型疏水单体。聚合物溶液流变性和芘荧光探针研究表明,ADC系列疏水缔合两性聚电解质由于兼具疏水缔合性质和反聚电解质效应,具有较好的耐盐性能。
2、提出一种提高疏水缔合聚电解质(HAPEs)疏水缔合能力的新方法,即向HAPE主链中引入少量短碳链,通过短碳链对长碳链疏水单体的增溶和桥接作用,提高聚合物的疏水缔合性能。将丙烯酰胺(AM)与丙烯酰胺基疏水单体-6-丙烯酰胺基己酸(C6AM)和C11AM,在水介质中采用自由基溶液聚合的方法,合成了一系列长短链比例不同、分子量相近的AM/C6AM/C11AM系列共聚物(简称AMC6C11系列)。溶液流变性、临界缔合浓度(cac)和临界角频率实验结果均表明,同时含有C11AM和C6AM结构的样品相对于不含C6AM的样品具有更大的增稠能力。芘荧光探针试验数据和质子自旋一自旋弛豫时间进一步证明,短碳链(C6AM)的接入能够增强疏水缔合聚电解质的疏水缔合作用,且在此研究体系中C6AM的最佳加入量是1 mol%。
3、在水介质中,采用自由基溶液聚合方法合成由AM、丙烯酸(AA)和(2-丙烯酰胺基)乙基十二烷基二甲基溴化铵(AMQC12)组成的新型疏水缔合两性聚电解质-AM/AA/AMQC12系列共聚物(简称AAQ系列)。阳离子型疏水单体AMQC12通过两步法合成。利用流变、稳态荧光探针和质子自旋-自旋弛豫实验研究了AAQ系列共聚物的疏水缔合性能。在低于cac时,测定粘度与pH值的关系,得到AAQ系列共聚物的等电点。等电点处的样品溶液,低浓度时(cac),其稳态剪切粘度随NaCl浓度增大而增大。而且,储能模量与损耗模量结果显示,样品溶液在盐水介质中表现为较强的弹性行为。
4、在水介质中,采用自由基溶液聚合方法制备由AM和AMQC12组成的纯疏水缔合水凝胶(简称AQ12凝胶)。利用流变性试验确定AQ12凝胶的浓度胶凝点。利用SEM技术考察成胶过程。AQ12凝胶具有优异的机械力学性能:拉伸强度和压缩强度分别达到250 kPa和14MPa。与此同时,高韧性伴随着高强度存在:拉伸断裂变形和压缩断裂变形分别达到1850%和94%。此外,AQ12凝胶具有瞬间弹性回复和一定的自修复能力,自愈合后的样品拉伸强度和断裂伸长率分别达到90 kPa和1350%。