新型絮凝劑的發展及研究現狀
2009-10-22 09:02
近年來,隨著合成技術的發展和工業應用的需要,越來越多的新型結構聚合物絮凝劑得到開發與應用,如聚合物有機微粒絮凝劑、樹枝狀聚合物絮凝劑和梳型聚合物絮凝劑等。梳形聚合物是一種特殊的接枝聚合物,它由一條聚合物主鏈和多條與之通過共價鍵相連的支鏈組成。梳形聚合物與一般的接枝聚合物在精細結構方面的區別為:梳形聚合物分子中所有側鏈等長;梳形聚合物的接枝密度遠高于一般的接枝聚合物。 通過對絮凝劑絮凝機理的研究可知,聚合物相對分子質量是架橋絮凝的關鍵因素,其他的因素,如聚合物的電荷密度、顆粒表面的電荷密度和系統的離子強度也很重要。相對分子質量越高,鏈越長,在顆粒間架橋形成絮凝物的能力就越強。而聚合物電荷密度是聚合物分子向顆粒表面擴散、吸附的主要驅動力,電荷密度越高,對細小顆粒的靜電吸附點就越多,導致聚合物與顆粒間的強烈吸附。同時,聚合物電荷密度越高,分子鏈上帶電基團之間的靜電排斥力越大,使聚合物分子鏈在溶液中呈更舒展的構型,有利于細小顆粒表面聚合物分子形成的環或鏈的擴展。但也應注意,聚合物的電荷密度過高,將加快聚合物的重構速度,并使聚合物呈平坦的吸附構型,對架橋絮凝將產生不利的影響。 現比較兩種結構絮凝劑,一種是常用線性無規的陽離子共聚物,另一種為梳形結構接枝聚合物,其支鏈梳齒是陽離子低聚物,其結構見圖1。 由圖l可以看出,無規陽離子共聚物的電荷隨機分布在分子鏈上,局部的電荷密度較低,而梳型結構陽離子絮凝劑的電荷集中分布在梳齒上,局部電荷密度較高。 圖2是隨機線性結構與接枝結構陽離子絮凝劑絮凝示意圖。從圖2可以看出,對于無規則陽離子共聚物,位于“架橋”部分的陽離子基團并沒有很好地和懸浮顆粒表面起到靜電中和作用,而是被“浪費”掉。如果把聚合物設計含有陽離子聚合物為支鏈的梳型聚合物,沿著主鏈分布著一些陽離子低聚物的“梳齒”,這樣的結構就可以解決上述線性共聚物絮凝劑的缺點。由于“梳齒”陽離子低聚物的電荷密度高,使得梳型聚合物極易吸附到顆粒表面,而主鏈則形成良好的“架橋作用”。這種結構不僅充分利用了陽離子電荷,且起到很好的“架橋絮凝”效果。 近年來,對于接枝共聚的方法屢有新研究成果發表,并在此基礎上研制了一系列新型的高性能梳形接枝共聚物絮凝劑。接枝梳形共聚物絮凝劑的研究日益引起人們的重視。XiaoH和Gibbs等制備了以PAM為骨架,支鏈含有PEO(聚氧化乙烯)結構的梳型聚合物。LiD等通過對帶有丙烯酸(AA)結構單元的PAM(丙烯酸單元的引入可以通過PAM部分水解,或AA與AM共聚而得到)進行功能化改性,使其AA轉變成活性的丙烯酰氯結構(AC),再和陽離子低聚物PEI偶合反應,成功制備了支鏈為PEI、主鏈為PAM的陽離子梳型聚合物。Zhu等采用印co輻照引發聚合方式,制備共聚物。GuL和ZhuS等采用用共混擠出工藝制備梳型聚合物但是存在出現凝膠的情形,只有在控制反應溫度不要太高,而擠出速率和PDM.DAAC/PAM的質量比應在較高的情況下進行,這樣可以減少凝膠的形成,制備出PDMDAAC含量較高的陽離子梳型聚合物。 |