[發(fā)明專利]光引發(fā)溶液聚合的實驗儀器

有效

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• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103145883A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 馮茹森;任濤;孫建輝;郭擁軍;張健;朱玥珺;呂鑫;崔盈賢
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;西南石油大學
• 主分類號: C08F2/01
• 分類號: C08F2/01;C08F2/48
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發(fā)明涉及一種光引發(fā)溶液聚合的實驗儀器，屬于高聚物的光聚合合成技術領域。

背景技術

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）類聚合物，是由丙烯酰胺均聚或與其它單體共聚而成，高分子量聚丙烯酰胺主要用作絮凝劑和增稠劑（《水溶性聚合物》嚴瑞瑄、陳振興等，化學工業(yè)出版社，1988）。水溶性超高分子量聚合物的合成是一個自由基聚合或自由基共聚的過程，按照所提供能源的不同可以分為熱引發(fā)聚合和光引發(fā)聚合。在熱引發(fā)聚合反應過程中，熱引發(fā)劑吸收熱量生成初級活性自由基引發(fā)聚合反應，熱引發(fā)劑一旦加入聚合體系，隨著聚合反應的進行聚合熱會不斷的積累，導致熱引發(fā)劑分解出現(xiàn)自加速現(xiàn)象，聚合體系中自由基濃度不易控制。在聚合中期，自加速現(xiàn)象明顯，聚合體系自由基濃度和體系溫度高，自由基相互作用而終止的概率增加，這是熱引發(fā)聚合難以提高聚合物分子量的主要原因，同時自由基濃度變化幅度大，合成聚合物分子量分布較寬。相對于熱引發(fā)聚合反應，光引發(fā)聚合反應是由光引發(fā)劑吸收光子分解而產(chǎn)生初級活性自由基，引發(fā)聚合反應。因此，就聚合過程的鏈式反應而言光引發(fā)聚合反應只有在鏈引發(fā)階段需要吸收光輻射能量，并且，光引發(fā)劑對熱不敏感，引發(fā)作用與溫度無關（《高分子光化學原理及應用》李善君、紀才圭等，復旦大學出版社，2003）。所以控制聚合體系接收的光輻射能量就能實現(xiàn)對聚合體系中初級活性自由基的生成速率或生成量的控制。

為實現(xiàn)對聚合體系接收到的光輻射能量的控制，必須選擇合適的實驗儀器：待聚合溶液接受光照強度可測量，光照強度可通過一種或多種方式調(diào)節(jié)控制，相同位置待聚合溶液接受光照均勻，聚合體系局部受到光照強度可變化并且有一定規(guī)律性。目前，光化作用儀器分為光化學儀器和光聚合儀器，其中光化學儀器依據(jù)光源輻射方式的不同可分為側面光照光化學儀器、內(nèi)置式光照光化學儀器和頂置式光照光化學儀器。光聚合儀器集中應用于合成材料，依據(jù)待聚合材料接收到光照強度調(diào)節(jié)方式的不同，可以分為光照強度不可調(diào)節(jié)（或不連續(xù)調(diào)節(jié)）的光聚合儀器和可連續(xù)調(diào)節(jié)光照強度的光聚合儀器。基于自由基有效濃度調(diào)控水溶性超高分子量聚合物分子量的光聚合合成實驗儀器尚未見有報導。

側面光照又分為內(nèi)腔光源光照和外部光源光照，專利申請CN102056848A公開了一種光化學反應器，其反應容器使用套管式結構，光源安置在反應容器的內(nèi)腔中，這就限制了其對待反應液接收到輻射能量的調(diào)控，另外，套管式反應容器不利于光聚合實驗產(chǎn)物的取出。專利申請CN101947426A公開了一種多試管攪拌-旋轉式光化學反應裝置，其試管由磁子對試管內(nèi)進行攪拌，多個試管圍繞光源旋轉，光源經(jīng)濾光后照射到旋轉狀態(tài)下的試管。該裝置保證了反應溶液濃度的均勻性及各試管之間接受光照的均勻性，通過濾光處理使待反應液接收到較窄波長范圍的光子，但是，該裝置同樣面臨不能通過距離調(diào)節(jié)光照強度的制約，使用長度和內(nèi)徑之比較大的試管作為反應容器也不利于光聚合實驗產(chǎn)物的取出。

文件申請CN2689411Y公開了一種生產(chǎn)電線電纜用紫外光交聯(lián)設備，其紫外光照箱由若干個無極燈模塊單元沿待交聯(lián)電纜中心軸線方向依次排列并在距中心軸線一定距離的空間圓周上均勻分布組合組成。雖然設備實現(xiàn)了電纜絕緣層同一厚度的均勻交聯(lián)，但是，該設備無極燈模塊單元的位置是不可移動的，這就限制了該設備對光輻射能量的控制，不能連續(xù)調(diào)控光輻射能量。文件EP0933801敘述了一種聚合燈，其具有用于測量光源與待聚合材料之間的距離的裝置、以及根據(jù)所述距離調(diào)整光源的照射功率或時間的燈控制單元。雖然聚合燈表現(xiàn)出考慮了以聚合參數(shù)的變化來控制光源的優(yōu)點，但它并不能確保獲得良好的聚合。測量光源與待聚合材料之間的距離不足以確保對聚合的精確控制，特別是對聚合體系微觀部分的控制。光引發(fā)聚合體系包含光引發(fā)劑，光引發(fā)劑的激活特別取決于接收到的指定波長的光子數(shù)量。但是，測量距離并不能揭示應用于材料的焦平面的角度或形狀，而材料接收到的光輻射能量取決于這些參數(shù)，所以，憑借光源與待聚合材料之間的測量距離不足以表示材料接收到的光輻射能量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種光引發(fā)溶液聚合的實驗儀器，使聚合體系微分單元接收到的光輻射能量可測量、可計算，并以此為函數(shù)控制光引發(fā)聚合體系中初級活性自由基的生成速率，使光聚合體系中自由基濃度能保持在一個動態(tài)的穩(wěn)定濃度。本發(fā)明能適用于普通光引發(fā)劑的水溶液聚合，可控制分子量和分子量分布。

本發(fā)明所提供的一種光引發(fā)溶液聚合的實驗儀器，它包括機箱；所述機箱內(nèi)設有若干個窄波紫外燈和聚合反應容器；