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IA-AMPS-HPA三元共聚物的合成及阻垢性能、机理的研究

作　者: 赵长林
导　师: 王风云
学　校: 南京理工大学
专　业: 物理化学
关键词: 衣康酸 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸丙烯酸羟丙酯阻垢剂合成阻垢性能分子动力学
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以水为溶剂,过硫酸铵为引发剂,异丙醇为链转移剂,以衣康酸(IA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为单体,通过溶液聚合方法,合成水溶性聚合物IA-AMPS-HPA。考察了引发剂用量、反应温度、单体配比、链转移剂用量及反应时间对聚合物阻碳酸钙垢性能的影响,并通过正交试验,确定了最佳反应条件。采用红外光谱法(IR)和热重分析(TG)对聚合物进行了表征。利用静态阻垢法评价了该目标产物阻CaCO3垢性能的优劣。结果表明,当水样中Ca2+浓度为6mmol/L, HCO-3浓度为8 mmol/L,药剂投加量为6 mg/L的情况下,IA-AMPS-HPA对碳酸钙的阻垢率为91.3%通过扫描电镜和X-射线衍射研究了IA-AMPS-HPA对CaC03垢的型貌和20的影响,发现IA-AMPS-HPA的阻垢作用机理主要是晶格畸变作用。运用分子动力学模拟软件Material Studio,分别模拟了IA-AMPS-HPA、AA-AMPS、T-225、HPMA四种聚合物与方解石(104)、(110)晶面相互作用情况,获得了各体系的径向分布函数及结合能、非键作用能、形变能等,并探讨阻垢作用机理。通过结合能的大小得聚合物阻垢性能的比较,计算模拟结果为：IA-AMPS-HPA>AA-AMPS>HPMA>T-225,与实验结果基本一致。通过对径向分布函数的分析发现了体系的结合能主要来自库仑力的贡献,vdw能变为正值,不利于结合体系的形成。在与CaCO3晶体的结合过程中,聚合物分子发生了扭曲形变,晶面上的Ca2+与聚合物分子中羰基O原子形成了离子键。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 前言  7-10
  1.1 阻垢剂简介  7-8
    1.1.2 膦酸盐类阻垢剂  8
    1.1.3 聚合物类阻垢剂  8
    1.1.4 天然产物类阻垢剂  8
  1.2 本课题的研究目的及意义  8-9
  1.3 本课题的研究内容  9-10
2 实验方案设计  10-13
  2.1 反应机理  10-11
  2.2 合成路线  11
  2.3 聚合方式选择  11
  2.4 反应条件的选择  11-13
    2.4.1 溶剂的选择  11-12
    2.4.2 引发剂的选择  12
    2.4.3 加料方式的选择  12-13
3 IA-AMPS-HPA的合成与表征  13-29
  3.1 IA-AMPS-HPA的合成  13-14
    3.1.1 实验药品及仪器  13
    3.1.2 实验步骤  13-14
  3.2 阻垢性能的评定  14-16
    3.2.1 实验药品及仪器  14-15
    3.2.2 实验步骤  15-16
  3.3 物化性质的测定  16-18
    3.3.1 游离单体含量测定  16-17
    3.3.2 固体含量的测定  17
    3.3.3 特性粘数及相对分子质量的测定  17-18
  3.4 聚合物的分离与精制  18
  3.5 聚合物的表征  18
  3.6 实验结果和讨论  18-28
    3.6.1 IA-AMPS-HPA的合成工艺研究  18-25
      3.6.1.1 反应时间对阻垢性能和单体残余量的影响  19
      3.6.1.2 单体配比对阻垢性能的影响  19-20
      3.6.1.3 引发剂用量对阻垢性能的影响  20-21
      3.6.1.4 反应温度对阻垢性能的影响  21-22
      3.6.1.5 链转移剂用量对阻垢性能的影响  22-23
      3.6.1.6 IA-AMPS-HPA合成正交试验  23-25
    3.6.2 聚合物的表征  25-27
      3.6.2.1 聚合物的红外图谱(IR)分析  25-26
      3.6.2.2 聚合物的热重分析  26-27
    3.6.3 聚合物的物化性质  27
    3.6.4 与其他常用阻垢剂性能的比较  27-28
  3.7 本章小结  28-29
4 聚合物阻垢性能及阻垢机理研究  29-33
  4.1 阻垢性能评价方法  29
  4.2 AA-HPA-AMPS阻垢机理分析  29-33
5 IA-AMPS-HPA阻垢作用机理的分子动力学研究  33-47
  5.1 计算方法简介  33-35
    5.1.1 量子化学方法  33-34
    5.1.2 分子蒙特卡洛法  34
    5.1.3 分子力学方法  34-35
    5.1.4 分子动力学方法  35
  5.2 前人研究  35-37
  5.3 模型构建和模拟方法  37-40
    5.3.1 模拟力场的选择  37
    5.3.2 模型构建  37-40
  5.4 计算结果和讨论  40-45
    5.4.1 相互作用的平衡依据  40-41
    5.4.2 聚合物与方解石的结合能  41-43
    5.4.3 聚合物在方解石晶面上的形变  43-44
    5.4.4 超分子体系的对关联函数  44-45
  5.5 小结  45-47
6 建议与展望  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-52

IA-AMPS-HPA三元共聚物的合成及阻垢性能、机理的研究

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