聚二甲基二烯丙基氯化铵的合成及应用

背景及概述

随着我国化纤工业的发展，合成纤维被广泛地应用于电子、石油、化工、航天等领域，但合成纤维具有电气绝缘性能，表面电阻很高，在加工和使用过程中，其表面一经摩擦就易产生静电荷。其织物吸尘沾污，具有针刺感、电击感，甚至造成皮诊及血相变化，更严重的是在易燃易爆的地方，由于静电放电而引起火灾爆炸等事故。因此，对合成纤维进行抗静电处理就显得十分必要。

聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种带有阳离子基团的线性高聚物。因而它呈现出中性聚合物不曾有的吸附、电荷中和、离子交换等物理化学功能。阳离子型高聚物带有相对固定的正电荷，对带有负电荷的纤维，塑料等表面具有很强的结合力，被广泛用作合成材料的抗静电剂、纺丝油剂、絮凝剂等。作者采用水溶液聚合方法合成出分子量高、溶解迅速、单体残存量少、抗静电性能优异的聚二甲基二烯丙基氯化铵高分子抗静电剂。聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种无醛无污染的固色剂，可用于织物的固色处理中，但是固色过程中应当控制好反应的时间与温度以及固色浴的酸碱度，从而保证色牢度达到状态，提高染色的效果与固色的效果。

制备

研究了二甲基二烯丙基氯化铵（DDAC）水溶液聚合的方法，分析讨论了单体浓度、乙二胺四乙酸钠（EDTA）浓度、引发剂种类及用量对聚合物特性粘度的影响，介绍了聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDAC）高分子抗静电剂在丙纶纤维上的应用。将70％二甲基二烯丙基氯化铵单体水溶液加热到80℃，调节 pH 值至4～6，用氮气除氧1小时，加入引发剂，在80℃聚合4小时，制备聚二甲基二烯丙基氯化铵[1]。

主要原材料

单体 DDAC（实验室合成），引发剂偶氮二异庚腈（ABVN），过氧化二碳酸二异丙酯（IPP），过硫酸铵（APS）等，均为化学纯试剂。

实验原理

DDAC 是一种水溶性单体，因此可在引发剂的存在下进行水溶液聚合。聚合反应方程式如下图：

图1 聚二甲基二烯丙基氯化铵制备聚合反应方程式

聚合方法

在500ml 四口瓶中安装搅拌器、温度计、导气管、冷凝器，并置于超级恒温水浴槽中。将70％DDAC 水溶液加入三口瓶中，调节 pH 值至4～6，将单体水溶液加热到80℃，用氮气除氧1小时，加入引发剂，在80℃聚合4小时，然后稀释到40％出料。

性能测试

1 聚二甲基二烯丙基氯化铵特性粘度的测定

将聚二甲基二烯丙基氯化铵样品在甲醇、丙酮混合液中沉析，然后真空干燥，在低浓度 NaCl 溶液中，聚合物浓度为5mg／cm 3 ，于（25±0.1）℃采用乌式粘度计测定。

2 纤维比电阴测定

采用 YG321纤维比电阻仪（常州纺织机械厂制造）测定。

结果与讨论

1单体浓度对聚二甲基二烯丙基氯化铵特性粘度的影响

不同单体浓度所得聚二甲基二烯丙基氯化铵特性粘度（［ η］）不同，当单体的质量分数为0.60时 PDDAC［ η］，对自由基聚合而言，聚合物分子量随单体浓度的增加而增加，当单体达到一定浓度后，聚合物分子量呈下降趋势。其原因一是单体浓度增加后，聚合体系粘度增加，导致聚合热逸散困难、聚合体系温度升高、分子量下降，造成 PDDAC［ η］下降；二是聚合物的强亲水性，由于单体浓度的增加，生成的大分子活性链缔合水的程度相对降低，自由基裸露程度增加，导致链终止的机率增大，大分子数增加，分子量下降，使 PDDAC［ η］下降。

2 EDTA 浓度对 PDDAC［ η］的影响

在聚合体系中，EDTA 的浓度对 PDDAC［ η］也有显著影响，EDTA 在聚合体系中形成了金属的螯合物，它保护了自由基，延长了自由基的寿命。聚合体系中 EDTA 的浓度在1.25×104 ～2.5×10 4 g／cm 3 时PDDAC［ η］高。

3 不同引发剂对 PDDAC［ η］的影响

选择四组引发剂比较单体转化率PDDAC［ η］，单独使用一种引发剂，不如使用复合引发剂的效果好。采用复合引发剂时，前期 APS 起主导作用，后期 ABVN 起主导作用。

4 引发剂用量对 PDDAC［ η］的影响

当引发剂用量为单体质量的0.001时，所行 PDDAC［ η］大，引发剂用量过多时，引发生成的自由基数量多，生成大分子的个数亦多，则 PDDAC ［ η］小；若引发剂用量过少，则引发生成的自由基数量少，同样影响PDDAC［ η］的提高。

5 聚二甲基二烯丙基氯化铵的抗静电性能

将［ η］为210cm 3 ／g 的聚二甲基二烯丙基氯化铵（A）、十二烷基磷酸酯（B）、N－甲基－N－十六烷基吗啉硫酸甲酯盐（C），在丙纶短纤维上进行抗静电应用试验，上述三种物质均配成5％（质量）的溶液在丝束表面涂覆干燥后测试，聚二甲基二烯丙基氯化铵的抗静电性能明显优于十二烷基磷酸酯和 N－甲基－N－十六烷基吗啉硫酸甲酯盐。这是由于聚二甲基二烯丙基氯化铵是高分子阳离子型线性聚合物，它的电荷密度大，大分子链很长，与丙纶纤维缠绕得紧，因而电荷中和及吸附能力强。

结论

70％DDAC 的水溶液，在2．5×10-4 g／cm 3 EDTA 及单体质量的0．001复合引发剂存在下，进行水溶液聚合，可制得分子量高、溶解迅速、抗静电性能优异的高分子抗静电剂－聚二甲基二烯丙基氯化铵。

参考文献

[1]吴全才，姜涛，秦丹，反相乳液聚合合成 DDAC／AM 阳离子型共聚物．沈阳化工学院学报，1996，（1）：57