[發明專利]光引發溶液聚合的實驗儀器

有效

• 申請號: 201310088591.8
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103145884A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 馮茹森;任濤;孫建輝;李華兵;朱玥珺;呂鑫;李強
• 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: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種光引發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聚合和光引發聚合。在熱引發聚合反應過程中，熱引發劑吸收熱量生成初級活性自由基引發聚合反應，熱引發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，導致熱引發劑分解出現自加速現象，聚合體系中自由基濃度不易控制。在聚合中期，自加速現象明顯，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。相對于熱引發聚合反應，光引發聚合反應是由光引發劑吸收光子分解而產生初級活性自由基，引發聚合反應。因此，就聚合過程的鏈式反應而言光引發聚合反應只有在鏈引發階段需要吸收光輻射能量，并且，光引發劑對熱不敏感，引發作用與溫度無關（《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節控制，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光源輻射方式的不同可分為側面光照光化學儀器、內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，依據待聚合材料接收到光照強度調節方式的不同，可以分為光照強度不可調節（或不連續調節）的光聚合儀器和可連續調節光照強度的光聚合儀器。基于自由基有效濃度調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腔中，這就限制了其對待反應液接收到輻射能量的調控，另外，套管式反應容器不利于光聚合實驗產物的取出。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進行攪拌，多個試管圍繞光源旋轉，光源經濾光后照射到旋轉狀態下的試管。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節光照強度的制約，使用長度和內徑之比較大的試管作為反應容器也不利于光聚合實驗產物的取出。專利申請CN2675243Y公開了一種內置式光化學反應器，其使用光纖將光線直接引入反應液中。雖然該反應器避免了光輻射能量的損失，提高了光照效率，但是，由于光纖介入到反應液中，光纖的外包層有可能對部分反應液有一定的化學作用，有一定的局限性，同時光纖介入到反應液中，其介入的位置變動性大，不易準確控制，而這恰恰是控制局部自由基濃度的重要因素。專利申請CN10172968A公開了一種點光源光化學集成反應器，其特點是使用頂置光源直接照射反應溶液，可減少盛放反應液的器皿對光輻射能量的吸收。頂置式光源設計對反應容器的要求較低，受到初步研究光化作用的實驗工作者的親睞。但是，受到溶液接收光照均勻性和溶液厚度的影響，頂置式光照不利于對溶液局部自由基濃度的控制。