近年来,高吸水性丙烯酰胺聚合物的合成与应用越来越受到人们的重视。它通常可以采用水溶液聚合、微乳液聚合、反相乳液聚合、反相悬浮聚合等方法来制备。但这些方法在制备聚合物过程中,不可避免的要加入引发剂、交联剂及其它辅助剂,聚合产物含有杂质,纯度不高,且后处理难度大;同时聚合反应中有机溶剂的使用,易造成环境污染。为解决传统方法在制备丙烯酰胺聚合物过程中的缺陷,本课题提出了常压等离子体引发聚合这一新型的聚合方法。即利用常压等离子体处理丙烯酰胺单体,并以活化的丙烯酰胺单体引发聚合制备出丙烯酰胺高吸水性聚合物及丙烯酰胺-丙烯酸钠吸水性共聚物。研究了放电时间、放电功率、聚合温度、单体质量分数、单体配比、pH值、后聚合时间等对聚合产物转化率、分子量及吸水率的影响。实验结果表明在放电时间为90s、放电功率为50W、聚合温度为30℃、单体质量分数为30%、后聚合时间为3d的聚合条件下,聚丙烯酰胺的转化率为70%、分子量为6.2×10⁶g/mol、吸水率达到340g/g;在放电时间为90s、放电功率为50W、聚合温度为30℃、单体质量分数为30%、单体配比为1:1、聚合溶液pH值为9、后聚合时间为3d的聚合条件下,丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的转化率为62%、分子量为5×10⁶g/mol、吸水率可以达到560g/g。该方法以等离子体为引发能源,无需外加引发剂,产品纯净,无污染;同时采用常压等离子体,无需复杂真空系统,大大降低了运行成本。常压等离子体引发聚合通常被认为是自由基反应历程,但在其聚合过程中伴随着超高分子量聚合物的生成、对单体较高的选择性、很强的溶剂效应等自由基机理所无法解释的现象。为了分析这一独特的聚合机理,本课题利用红外光谱分析了丙烯酰胺单体经等离子体处理后在结构基团上的变化,同时利用核磁共振技术测定了活化后的丙烯酰胺在微观结构上的变化。研究结果表明丙烯酰胺经等离子体处理后,单体分子中的C=C会发生断裂,产生活性自由基;同时分子中的NH₂上转移一个H质子到CH₂基团上,形成*NH自由基。正是由于这些活性自由基的存在,聚合反应中的链引发、链增长等基元反应才能进行下去。