[发明专利]光引发溶液聚合的实验仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光引发溶液聚合的实验仪器，属于高聚物的光聚合合成技术领域。

背景技术

水溶性超高分子量聚合物（分子量大于10⁷）主要是指聚丙烯酰胺（PAM）类聚合物，是由丙烯酰胺均聚或与其它单体共聚而成，高分子量聚丙烯酰胺主要用作絮凝剂和增稠剂（《水溶性聚合物》严瑞瑄、陈振兴等，化学工业出版社，1988）。水溶性超高分子量聚合物的合成是一个自由基聚合或自由基共聚的过程，按照所提供能源的不同可以分为热引发聚合和光引发聚合。在热引发聚合反应过程中，热引发剂吸收热量生成初级活性自由基引发聚合反应，热引发剂一旦加入聚合体系，随着聚合反应的进行聚合热会不断的积累，导致热引发剂分解出现自加速现象，聚合体系中自由基浓度不易控制。在聚合中期，自加速现象明显，聚合体系自由基浓度和体系温度高，自由基相互作用而终止的概率增加，这是热引发聚合难以提高聚合物分子量的主要原因，同时自由基浓度变化幅度大，合成聚合物分子量分布较宽。相对于热引发聚合反应，光引发聚合反应是由光引发剂吸收光子分解而产生初级活性自由基，引发聚合反应。因此，就聚合过程的链式反应而言光引发聚合反应只有在链引发阶段需要吸收光辐射能量，并且，光引发剂对热不敏感，引发作用与温度无关（《高分子光化学原理及应用》李善君、纪才圭等，复旦大学出版社，2003）。所以控制聚合体系接收的光辐射能量就能实现对聚合体系中初级活性自由基的生成速率或生成量的控制。

为实现对聚合体系接收到的光辐射能量的控制，必须选择合适的实验仪器：待聚合溶液接受光照强度可测量，光照强度可通过一种或多种方式调节控制，相同位置待聚合溶液接受光照均匀，聚合体系局部受到光照强度可变化并且有一定规律性。目前，光化作用仪器分为光化学仪器和光聚合仪器，其中光化学仪器依据光源辐射方式的不同可分为侧面光照光化学仪器、内置式光照光化学仪器和顶置式光照光化学仪器。光聚合仪器集中应用于合成材料，依据待聚合材料接收到光照强度调节方式的不同，可以分为光照强度不可调节（或不连续调节）的光聚合仪器和可连续调节光照强度的光聚合仪器。基于自由基有效浓度调控水溶性超高分子量聚合物分子量的光聚合合成实验仪器尚未见有报导。

侧面光照又分为内腔光源光照和外部光源光照，专利申请CN 102056848A公开了一种光化学反应器，其反应容器使用套管式结构，光源安置在反应容器的内腔中，这就限制了其对待反应液接收到辐射能量的调控，另外，套管式反应容器不利于光聚合实验产物的取出。专利申请CN 101947426A公开了一种多试管搅拌-旋转式光化学反应装置，其试管由磁子对试管内进行搅拌，多个试管围绕光源旋转，光源经滤光后照射到旋转状态下的试管。该装置保证了反应溶液浓度的均匀性及各试管之间接受光照的均匀性，通过滤光处理使待反应液接收到较窄波长范围的光子，但是，该装置同样面临不能通过距离调节光照强度的制约，使用长度和内径之比较大的试管作为反应容器也不利于光聚合实验产物的取出。专利申请CN 2675243Y公开了一种内置式光化学反应器，其使用光纤将光线直接引入反应液中。虽然该反应器避免了光辐射能量的损失，提高了光照效率，但是，由于光纤介入到反应液中，光纤的外包层有可能对部分反应液有一定的化学作用，有一定的局限性，同时光纤介入到反应液中，其介入的位置变动性大，不易准确控制，而这恰恰是控制局部自由基浓度的重要因素。专利申请CN10172968A公开了一种点光源光化学集成反应器，其特点是使用顶置光源直接照射反应溶液，可减少盛放反应液的器皿对光辐射能量的吸收。顶置式光源设计对反应容器的要求较低，受到初步研究光化作用的实验工作者的亲睐。但是，受到溶液接收光照均匀性和溶液厚度的影响，顶置式光照不利于对溶液局部自由基浓度的控制。