(2)气相色谱法:采用岛津GC一7A型气相色谱仪和c一R3A数据处理机.色谱条件:5%SE-30硅酮填充柱,柱长2米,担体60一80目,检测器温度170℃,柱温170℃,汽化温度250℃,NZ流速,oml/min2,H2流速38ml/min(0.skg/cm2,),空气流速47oml/min(o.skg/cm2,).样品制备:将一定配比的AM和Bis用无氧去离子水溶解后,通氮20分钟以上,一取出2ml溶液,并加人0.5mll0%的内标(间苯二酚)溶液,作为反应前的分析样;乘」余的溶液在室温下加人一定量的(NH4)2S208一NaHso3,氧化还原引发剂,在低转化率下加人终止剂终止反应.提取2ml此终止液,加人0.5m1上述内标溶液,作为反应后的分析样品.
(3)紫外光谱法:将一定配比的AM和Bis用无氧去离子水溶解,通氮20分钟以上,加人总单体量0.3务的(NH;)ZSZOa一N:HS03氧化还原引发剂,并迅速倒人lcm厚的石英比色皿中,上层用少许石蜡油覆盖,放人恒温紫外仪中,对反应进行监测.
结果和讨论
1.凝胶模且的测定
在理想交联共聚反应中,随着交联剂用量的逐渐加大,聚合物的交联度也越来越大,单位体积内的交联网络数也增多,在这种情况下所得聚合物的机械强度和硬度会随交联剂用量增加而提高,因而聚合物的模量应随交联剂的加大而提高;不少共聚体系如N一异丙基丙烯酞胺与Bis的共聚反应就属于这种情况.
但是,在我们研究AM和Bis水溶液交联共聚反应时,却意外地发现所得到的聚合物凝胶的模量并非完全符合上述推论,聚合物的模量只是在一定的Bis浓度范围内符合交联剂浓度越高模量越大的情况,而超过这一交联剂的浓度范围后,模量反而随交联剂浓度的提高而降低,如图2所示,这一实验结果只能用交联剂Bis的活性明显大卞早体AM的活性来解释.因为,假如AM的活性大于或等于Bis的活性,根据自由基共聚的共聚物组成方程:
其中:下标1表示AM,2表示Bis,由于共聚反应体系中交联剂Bis的含量很低,而单体AM的含量较高,所以生成的聚合物是在以今M单元为主的链中分布着少量的交联剂单体单元的网络结构,加强了聚合物的强度;随着交联剂用量的加大,聚合物的网络密度也就越来越高,模量也随之提高,在这种情况下,不会出现模量随交联剂浓度的增加而出现最大值的情况.如果交联剂Bi;的共聚活性明显大于AM,在c值很低的情况下,仍可认为在共聚物中是少量的Bis单体单元分散在以AM单元为主的链中,所以随着c值的增加,聚合物凝胶的模量也随之加大.当投料单体中加。的含量增加到一定值后,开始生成的共聚物中Bis的含量高到这样一种程度从而形成交联密度较高溶涨程度较低的紧密凝胶,此时凝胶的形成消耗了较多的Bis,而在随后形成的共聚物由于体系中Bis的含量明显下降因而交联密度也明显降低。因此,反应最终所得到的凝胶是少量交联密度相当高的紧密凝胶分散在交联密度较低的凝胶中的不透明水凝胶,而整个水凝胶的模量主要由后者决定,所以在模量达到最高点后交联剂浓度如果再进一步增加,所得到的水凝胶是不透明的,其模量也反而下降.
2.气相色谱测定AM和攻。的竞聚率
在选定的色谱条件下,利用内标法对标准已知浓度的混合样进行了测试,做出了标准工作曲线,如图3所示二工作曲线有较好的线性关系,它们的线性相关系数均大于.
共聚物组成,单体组成可近似认为是单体的投料比,而共聚物组成可用低转化率下单体的消耗比来代替,由此经过数学处理,求得单体的竞聚率.用气相色谱法测得的反应前及低转化率终止后的单体组成和用FR法计算竞聚率的有关数据见表1。
利用FR法计算竞聚率其结果如图4所示,图中斜率为AM的竞聚率,截距的负值为Bis的竞聚率,它们分别为:rAM=0.117,rBis=5·756.显然rAM<rBis,即交联剂Bis的活性明显高于AM的活性.所以在AM与Bi“的水溶液共聚合反应中,Bis是活性单体,这一点也与我们用模量方法研究时所得出的结论相同,说明我们前面的推断是为了得到两种单体的竞聚率,首先就必须得到低转化率下的单体组成和与之相应的正确的.
3.紫外光谱法的研究
在前文中,我们曾用紫外光谱法研究了AM一Bis体系的水溶液共聚合,但由于AM和Bis的结构中有极为相似的共扼结构,因此未能用此方法求解两单体的竞聚率;但通过一些合理的假设求解氧化还原引发剂浓度对聚合的影响及共聚反应的表观活化能仍是可行的.
(l)氧化还原引发剂浓度对反应速率的影响:根据共聚速率方程的North式: