離子度就是帶電荷的微粒的密度。

陽離子的離子度：離子度高，在陽離子絮凝劑中一般是指添加的陽離子單體多，陽離子單體很昂貴，所以，離子度往往和成本密切相關(guān)。在陰離子絮凝劑中則一般是水解后呈陰性的基團，如-COOH多，水解程度強。所以，陽離子的離子度越高的絮凝劑，價格越貴。

聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚或與其他單體共聚而形成的線性水溶性高分子的總稱。聚丙烯酰胺分為四大類型:非離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺(HPAM)、陽離子型聚丙烯酰胺和兩性聚丙烯酰胺。

聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基易形成氫鍵，因此，具有良好的水溶性，可作為絮凝劑、增稠劑，且具有用量少，絮凝速度快等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于選煤、冶金、石油開采、印染、紡織等行業(yè)的廢水處理。

兩性聚合物是分子鏈上含有正、負2種電荷基團的水溶性高分子，與僅含有1種電荷的離子型聚合物相比，具有獨特的溶液性質(zhì)，尤其是“反聚電解質(zhì)效應(yīng)”，這賦予它很多特殊的功能，使其日益廣泛地應(yīng)用于石油工程、造紙、環(huán)保等行業(yè)，已成為紙張生產(chǎn)中不可缺少的化學(xué)助劑之一。

此外，兩性聚合物還可作驅(qū)油劑、絮凝劑、藥物載體等。在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用離子型聚電解質(zhì)時，需要測定其離子度。目前，關(guān)于離子度的測定方法有很多，如AgNO3法、元素分析法等，然而，這些方法存在過程繁雜，成本較高等不足。

為此，本文對聚丙烯酰胺陰、陽離子度的測定方法進行研究，并從不同角度分析對離子度測試準確性的影響因素。

聚丙烯酰胺離子度測定方法

一、試劑的配制及標定

①稱取聚-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鈉(PAMPSNa)50～350mg，用去離子水配成500mL水溶液。

②稱取0.1g甲苯胺藍(T.B.)，溶于100mL蒸餾水中。

二、樣品的合成

采用微乳液聚合法制備所需的樣品。

三、陽離子度的測定

陽離子度是指陽離子側(cè)基鏈節(jié)的質(zhì)量占整個大分子鏈的質(zhì)量的比例(本實驗涉及的陽離子度都以質(zhì)量分數(shù)計)。采用膠體滴定法測定樣品的陽離子度。陽離子度的計算公式為:

式中:Ic為陽離子聚丙烯酰胺的陽離子度;c為PAMPSNa的濃度，單位mol/L;V為滴定時消耗的PAMPSNa體積，單位mL;V0為空白樣消耗的PAMPS-Na體積，單位mL;m為樣品的質(zhì)量，單位g;207.5為聚丙烯酰胺陽離子鏈節(jié)的相對分子質(zhì)量。

四、陰離子度的測定

1、膠體反滴定法

根據(jù)聚電解質(zhì)大分子鏈上的正、負電性基團間的定量作用，在試樣中加入過量的、但總量已知的陽離子標準溶液，待反應(yīng)完成后用另一種標準溶液(標準聚陰離子)滴定溶液中陽離子標準溶液的過量部分。其反應(yīng)式為

R-NH3Cl+KO3SO-R→R-NH3SO4-R↓+KCl。

陰離子度計算公式為:

式中:Ia為陰離子聚丙烯酰胺的陰離子度;m0為加入標準正離子試劑的總質(zhì)量，單位g;m1為滴定時消耗的正離子試劑的質(zhì)量，m1=207.5c(V-V0)/1000Ic，單位g;m3為陰離子試樣的質(zhì)量，單位g;207.5為聚丙烯酰胺陽離子鏈節(jié)的相對分子質(zhì)量，207為聚丙烯酰胺陰離子鏈節(jié)的相對分子質(zhì)量。

2、溴代十六烷基吡啶滴定法

利用溴代十六烷基吡啶(CPB)與陰離子締合的特性，由陰離子試樣滴定一定量的CPB，以甲苯胺藍(T.B)為指示劑，當陰離子試樣超過等當點時，溶液顏色由藍色變?yōu)榧t紫色，直到指示終點。做空白對比實驗，使陰離子試樣的濃度可以讓指示劑變色。

式中:m′為CPB的質(zhì)量，單位g;Mr為CPB(含結(jié)晶水)相對分子質(zhì)量，402.46;V′為滴定CPB消耗的陰離子試樣的體積，單位mL;V0′為滴定空白試樣消耗的陰離子試樣的體積，單位mL;m0′為1L溶液所含陰離子試樣的總質(zhì)量，單位g。

陽離子聚丙烯酰胺離子度的測定

1、滴定液pH值的影響

用1%HCl和1%NaOH溶液調(diào)節(jié)滴定液的pH值，以標準PAMPSNa溶液滴定試樣，測量PAMPSNa的消耗量，其與溶液pH值的關(guān)系如圖1所示?？梢钥闯觯斣嚇尤芤旱膒H值在2～3和9～10時PAMPSNa的消耗量穩(wěn)定，而在3～9時消耗量變化較大，這是PAMPSNa與膠體離子間的反應(yīng)的結(jié)果。酸性條件有利于陽離子型聚電解質(zhì)解離。因此，滴定操作應(yīng)在pH=2～3時進行。

2、滴定速度對滴定結(jié)果的影響

在高分子滴定中，由于高分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滴定速度會影響滴定的準確性。陽離子度與滴定速度的關(guān)系如表1所示。

從表1可以看出，當?shù)味ㄋ俣燃涌鞎r，測試值偏小;而隨著滴定速度的減慢，滴定結(jié)果逐漸接近理論值。這是由于高聚物結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，相對分子質(zhì)量大以及分散性，復(fù)雜的聚集態(tài)等都能包裹高聚物間反應(yīng)分子鏈，使測試值偏小，誤差較大。所以，應(yīng)選擇在慢速25μL/s下進行滴定。

3、殘余乳化劑對滴定結(jié)果的影響

在微乳液聚合中，除了聚合單體外，還有油相和乳化劑。對最后所制出的聚合物，如不進行充分洗滌，產(chǎn)物就得不到很好的純化，從而干擾其后的分析結(jié)果。在實驗中將樣品浸在丙酮中索氏抽提10h，抽提前、后樣品的陰離子度如表2所示?？梢钥闯觯诔樘崛榛瘎┲?，殘余的雜質(zhì)對滴定產(chǎn)生很大影響，甚至無法判定滴定終點;而將乳化劑抽提之后，滴定終點明確，滴定結(jié)果與理論值接近。

陰離子聚丙烯酰胺的離子度的測定

1、膠體反滴定法

①反滴定時pH值的確定。由圖1可知，當pH 8時，陰離子聚丙烯酰胺解離度極小，消耗的陽離子試樣很少，所以，反滴定時PAMPSNa用量較大;當pH 8時，由于解離出酸根離子，減少了陽離子試劑的用量，所以，PAMPSNa消耗量少。因此，對于陰離子型聚電解質(zhì)離子度的測定，應(yīng)在能使聚電解質(zhì)充分解離成離子的pH=9～10范圍內(nèi)進行。

②滴定速度對滴定結(jié)果的影響。與陽離子度的測定一樣，滴定速度對滴定結(jié)果的影響如表3所示。

由表3可以看出，當?shù)味ㄋ俣容^快時，CPAM與PAMPSNa反應(yīng)不完全，分子鏈被包裹，消耗PAMPSNa的量偏小，從而使測試出的陰離子度偏大;而隨著滴定速度的減慢，測試值逐漸接近理論值，因此，在較慢滴速25μL/s時可以得到好的滴定結(jié)果。

2、CPB滴定法

在CPB滴定法中，試樣PAMPSNa陰離子度對滴定結(jié)果的影響如表4所示。

由表4可知，當陰離子度大于30%時，CPB滴定法測試結(jié)果準確度較高，但隨著陰離子度的減小，所需試樣的質(zhì)量濃度逐漸增大，當質(zhì)量濃度很大(大于3.0g/L)時，由于樣品與指示劑T.B.的締合作用微弱，指示劑將不會發(fā)生變色，無法完成滴定。因此，溴代十六烷基吡啶滴定法只適用于陰離子度大于30%的樣品。

3、測試方法的比較

采用2種方法測定試樣陰離子度，結(jié)果如表5所示。

可以看出，膠體滴定法的測試結(jié)果與理論基本相符，但滴定時受pH值影響較大，應(yīng)準確調(diào)節(jié)溶液的pH值然后再測試。而對于CPB滴定法，陰離子度較高時測試值相對準確，但對于較低陰離子度的測定，此法存在一定的局限性。

兩性聚丙烯酰胺的離子度

1、測定陽離子度時pH值對滴定結(jié)果的影響

兩性聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)特殊，其外在表現(xiàn)的離子度與pH值有很大關(guān)系。由于同時含有正、負2種電荷，在測試時相互影響，使得測試結(jié)果無法反映其真實結(jié)構(gòu)。因此，需要詳細分析、準確測試所要達到的pH值，pH值與其陽離子度之間的關(guān)系如表6所示。

兩性聚合物的表觀正、負電荷的數(shù)量是由pH值來決定的。pH值高，則分子鏈上的凈電荷為負電荷;反之，為正電荷。因此，要準確測量兩性聚電解質(zhì)的陽離子度就應(yīng)該選擇較低的pH值。從表6可以看出，pH值在1.5～3.8的范圍內(nèi)，滴定結(jié)果與理論值相差很大，而當pH=1.0時測量結(jié)果與理論值基本相符。因此，選擇pH=1.0為測量APAM陽離子度的合適pH值。

2、測陰離子度時pH值對滴定結(jié)果的影響

pH值同樣對兩性聚丙烯酰胺的陰離子度有很大影響。滴定兩性聚丙烯酰胺陰離子度時，pH值與陰離子度的關(guān)系如表7所示。

在堿性條件下，正、負電荷間的靜電作用表現(xiàn)為斥力，分子鏈上的凈電荷為負電荷。由表7可以看出，當pH 10時，測試結(jié)果與理論值相差很大，不能真實反映聚合物的特性;而當pH≥10時，滴定結(jié)果基本符合理論結(jié)果。因此，在測試APAM的陰離子度時選用pH=10為合適條件。

聚丙烯酰胺的離子度測試結(jié)論

在測定離子度時，對陽離子型聚丙烯酰胺，選用膠體滴定法時pH值宜選為2～3;對兩性聚丙烯酰胺，滴定陽離子度pH值宜選為1.0左右，滴定速度控制在25μL/s。

反滴定法也是膠體滴定;對陰離子型聚丙烯酰胺滴定pH值宜選為9～10;對兩性聚丙烯酰胺，滴定陰離子度pH值宜選為10左右。而對于CPB滴定法，準確度很高，但陰離子度小于30%后，樣品與T.B.的締合作用微弱，指示劑不變色，因而存在局限性。