1、第 1 9卷第2期 2 0 0 9年 4月 皮 革 科 学 与 工 程 L E AT HER S C I EN CE AND E NGI N EE RI NG Vo 1 1 9,No 2 A p r 2 0 0 9 文章编号:1 0 0 4 7 9 6 4(2 0 0 9)0 2 0 0 4 2 0 5 苯 乙烯 一马来 酸酐 共聚物及应用 李小华,强西怀,洪新球(陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安7 1 0 0 2 1)摘要:苯乙烯 一马来酸酐(S MA)交替共聚物及其衍生物由于其特殊的分子结构,具有高表面活性、低界面张力等特 性,因而在乳化、增稠、絮凝等方面有广阔的应用前景。本文对 S
2、M A交替共聚物的研究现状、性能特点、合成方法、改性方法及其在制革中的应用进行了概述。关键词:苯乙烯;马来酸酐;交替共聚物;制革;应用 中图分类号:T S 5 2 9 1 文献标 识码:A Po l y me r o f S t y r e n e ma l e i c a n h y d r i de a n d i t s Ap p l i c a t i o n Ev o l v e me n t L X i a o h u a,Q I A N G X i h u a i,H O N G X i nq i u (C o l l e g e o f R e s o u r c e a n
3、d E n v i r o n m e n t,S h a a n x i U n i v e r s i t y of S c i e n c e a nd T e c h n o l o g y,X i a n 7 1 0 0 2 1,C h i n a)Ab s t r a c t:S t y r e n emale i c a n h y d rid e alt e rna t i n g c o p o l y me r a n d i t s mo d i fi c a t i o n p r o d u c t s h a v e s p e c i a l mo l e c u
4、 l a r s t r u c t u r e,b i g h s u r f a e e a c t i o n,l o w i n t e r f a c i al t e n s i o n a n d s o me o t h e r p r o p e r t i e s,t h u s,t h e y are p r o mi s i n g i n t h e are a o f e mu l s i fi c a-t i o n,d e n s i fi c a t i o n,fl o c c u l a t i o n I n t h i s p a p e r,s o
5、me p rop e rt i e s a r e s u mma r i z e d i n c l u d i n g t h e d e v e l o p me n t,s t u d y i n g a c t u ali t i e s,s t r u c t u r al p r o p e r t i e s,p r e p a r a t i o n a n d mo d i fi c a t i o n me t h o d s o f s t y r e n emale i e a n h y d ri d e alt e r n a t i n g c o p o l
6、y me r and i t s a p p l i c a t i o n i n l e a t h e r i n d u s t r y Ke y wo r d s:s t y r e n e;male i e a n h y d rid e;alt e rna t i v e c o p o l y me r;l e a t h e r;a p p l i c a t i o n 1 9 4 5年,A l f e y和 L a v i n 开创了苯乙烯 一马来 酸酐共聚物研究的先河。之后,M a y o l 2 对苯乙烯 一 马来酸酐共聚体系进行了系统的研究,认为此体系 是一种典型的
7、交替共聚模型物。至此,对 苯乙烯 一 马来酸酐聚合体系的研究愈来愈受到人们的重视。研究发现,苯 乙烯 一马来酸酐 S MA交替共聚物是一 种重要的功能化 聚合物,分 子可设计性强,主链 上 的酸酐基 团能 与醇、胺 和水 等反应 形成 多种衍 生 物;此外,由于马来酸酐水解后亲水性,增强了S M A 基共聚物与水之间的相互作用,使得 S M A基共聚物 有一定的生物降解性 J。这使得 S M A基共聚物在 化学、生物、医学、光学和电子学 等领域有 着广泛 的 应用,因此对 S M A共聚物进行研究和开发符合绿色 收稿日期:2 0 0 8 0 9 0 8 第一作者简介:李小华(1 9 8 5一)
8、女,江西吉安人,硕士,研究 方向:轻纺化工助剂。化学和可持续发展 的要求,有着重要 的理论和实践 意义。2 0 世纪7 O年代初,张举贤等 人采用分段升 温法合成了 S MA交替共聚物,引发了我 国学者的极 大兴趣。目前,对于 S MA共聚物的研究多集 中于共 聚机理和结构表征方面,而关于合成高分子量交替 共聚物和功能化研究的报道较少【6 J,应用于制革工 业中的报 道 更 是 少 之又 少。本 文 系统 地论 述 了 S M A交替共聚物的结构性能、研究状况及其应用,旨在推动 S MA交替共聚物及其衍生物在皮革工业 中的研究与应用。1 苯乙烯 一马来酸酐交替共聚物的合成 S M A共聚不仅
9、可以产生结构规整的交替共聚 物,而且还可以通过改性对其进行结构和功能化设 计(如关于膜分离、磁响应性、光敏性和生物活性等 功能化研究),进而可以促进 S M A聚合物与其它学 第2期 李小华,等:苯乙烯 一马来酸酐共聚物及应用 4 3 科的交叉,使得 S M A聚合物成为进一步功能化的平 台,为传统高分子材料开辟 了新 的应用领域。目前 制备 S MA聚合物的主要方法有:传 统 自由基共 聚、活性 自由基共聚、辐射和光引发共聚等。1 1 传统 自由基共聚 传统 自由基共 聚常以偶氮类 化合物和过 氧化 物等为引发剂,共聚可以采用溶液法、本体法、乳 液 法、分散法和悬浮法,尤以溶液法为 主。S
10、MA的交 替共聚反应 大多采用 的是溶 液共 聚法。溶液共 聚 体系又可分为均相和非均相两种。1 2 活性 自由基共聚 近年来,利用给 电子单体 和受 电子单体 的“活 性”可控 自由基 共聚获得分子量分布 窄、结构和分 子量可控聚合物,取得一些有意义 的进展。一些研 究组 也尝试将这些活性 聚合技术应用 到 S MA的 共 聚体系中。J a c k l 9 及 We n l 1。等以十二烷基硫醇和 3一巯基 丙酸为链转移剂合成 了 S M A共 聚物。朱 明强_ l 等 研究了马来 酸酐与苯 乙烯 的 自由基可逆加成 与断 链链 转 移 聚合(R a d i c a l R e v e r
11、s i b l e A d d i t i o nf r a g-m e n t a t i o n C h a i n t r a n s f e r,简称 R A F T)聚合,得 到具 有可控分子量和窄分子量分布 的交替共 聚物,通过 设计应用 R A F T引发体系合成了一种具有特殊结构 的交替嵌段共聚物。1 3 辐射和光引发共聚 对于辐射聚合,其要求的设备 昂贵,另外,此种 技术 尚未成熟,从而使得其应用推广有了很大 的局 限性。胡中青等 将聚乙二醇苯基辛基醚、十二烷基 硫酸钠和马来酸酐加入到蒸馏水 中待完全溶解后,加入苯乙烯,充分搅 拌使其均匀。通氮气排除氧气 后将乳液倒入玻璃 瓶
12、 中,密封,放到钴源中辐照,待 反应完全后取出,用 N a O H的水溶液用来调 节乳 液 的 p H值 即可得到所需 的。1 4 其他共聚u H 用超 临界 C O (临界温度 3 1 1 ,临界 压力 7 3 8 M P a)替代有机溶剂作为化学反应的介质具有 独特的环保优势:无毒、无味、化学惰性、价格低廉。以偶氮二异 丁腈(A I B N)为引发剂,在超 临界 C O 体系中,进行苯乙烯 一马来酸酐的自由基共聚,转 化率很高,直接得到了白色细粉状固体产物。实验 表明,在超临界二 氧化碳体 系中,苯 乙烯 与马来酸 酐的自由基共 聚不仅可 以制备单体 序列结构严格 交替 的共聚物,而且分子
13、量也远远高于传统的溶液 和本体聚合所得到的结果,可以达到百万以上。2 苯乙烯 一马来酸酐交替共聚物的特性 一般认为,S M A的共聚是通过两单体间正负两 极相吸而形成电荷转移 络合物,是典 型的交替共聚 反应。马来 酸酐有强 吸电子基 团,故成为正极性,苯乙烯却因苯环的共轭效应给出电子成为负极性,从而形成稳定的正负极相吸的过渡状态。总之,由 于单体的极性因素,使亲水部分和疏水部分结合,两种单体交 替地 出现在 大分 子链 中,故 从理 论 上 讲,不论起始单体的配比如何,都可得到严格交替 共 聚物或部分交替共 聚物,控 制其化学结构、组成 和相对分子质量可制备所需的两亲聚合物,其结构 示意图如
14、图 1 所示。十 i C H 2一 王 H。王 H 七 0 广 0 图 1 S MA交替共聚物结构示意图 Fi g 1 S k e t c h c h a r t o f s t F e I l ema l e i c a n h y d r i d e a l t e r n a t i n g e o p o l y me r 2 1 表面活性 两亲聚合 物 的亲水链 段和疏水链 段在表 面或 界面间具有一定的取 向性,在各种表面或界面有很 好的吸附作用,所以具有降低表面张力和界面张力 的能力。因此,合成两亲聚合物,已成为表面活性 剂的主要研究课题之一 。S MA基聚合物具有亲 水性的马来
15、酸酐环和亲油性的苯环,但它本身的表 面活性并不明显,只有对其改性后才能具有很高 的 表面活性,甚至可以与低分子表面活性相媲美。2 2 水溶性 S MA基聚合物 中马来 酸酐 的含量直接决 定 了 水溶性的优劣。当马来酸酐含量高时,其水溶性 好,反之,水溶性不好。对于其水溶性 的控制,还可 通过化学改性的方法来实现,当引入亲水性的基团 如磺酸基和氨基等时,其水溶性将大大地得到提高。2 3 乳化分散性 S MA基聚合物属于阴离子型表面活性剂,可溶 于水和碱,具有较好的乳化稳定性,具有普通表面 活性剂无法 比拟的特殊性能。实验发现,S MA基聚 合物用量越大,亲水链含量越高,乳化能力越强,疏 皮革科
16、学与工程 第 1 9卷 水链段不同,仍能保持 较高 的乳化力。同时,由于 S MA基聚合物亲水、疏水基 比例可调,分子结构可 呈梳状,又可呈 多支链化,因而对分散微粒表 面覆 盖及包封效果远远 强于普通表 面活性 剂。其分 散 体系更趋于稳定、流 动,因此是很有 发展前途 的一 种乳化分散剂。2 d增稠性 由于两亲聚合物具有较 高的分子量,因此,其 水溶液具有高黏度,利用其水溶液本 身 的高黏度,可以提高别的水性体系的黏度,同时两亲聚合物可 与水中其他物质如小分子填料,高分子助剂等发生 作用,形成化学或物 理结合体,导致 体系黏度 的增 加。因而两亲聚合物具有增稠功能,后一种作用往 往具有更强
17、的增稠效果。2 5 絮凝性 高分子表面活性剂在低 浓度 时,被 固体离子表 面吸附后起着 粒子 间的架桥 作用,是很 好 的絮凝 剂。当与无 机 絮凝剂结 合使 用 时,不 仅节 约 了用 量,而且效果更好。一般 而言,高分子量 的 S MA基 聚合物在水溶 液 中易缔合,形成 以亲水链段 位外 壳、疏水链段位 内核 的胶束,导致 疏水链段不能在 界面形成有效 的覆 盖。它 主要依靠 静 电力与 固体 离子发生絮凝。2 6 其他性能 在一定条件下,两亲聚合物具有捕获某种低分 子有机物 的能力。若有机物 的低分 子 中存在着能 和两亲共聚物中的羟基形成氢键 的极性 官能 团,则 两者就可以有效的
18、相互作用而低分子被捕获。同 一般两亲聚合物一样,S MA基 聚合 物是低毒的,具 有安全性和温和性,同时还具有生物降解性。在生 产中,主要有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保 湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐、絮凝、乳化、稳泡、增稠、成膜和黏附等功能,在增溶剂、抗静 电剂、生物医药材料、增稠剂、药物控释、纳米微粒子合成 及高分子表面活性剂等方面也具有广泛的应用 前景 圳。3 苯乙烯 一 马来酸酐共聚物的改性 对于苯乙烯 一马来酸酐共 聚物的改性 主要有 以下三条思路:1)对苯乙烯 一马来酸酐共聚物进行改性 先 制备苯乙烯 一马来酸酐共聚物,然后 在聚合物上引 入一些功能性官能 团如:氨基,
19、酯基,磺酸基等。吴 娇娇等 在低温时合成深黄至棕色粘稠物苯乙烯 一马来酸酐共聚物后用氯磺酸磺化、中和得到棕黄 色共聚物磺酸钾的固体。郁剑乙等 以甲苯作溶 剂,以过氧化苯 甲酰(B P O)为引发剂合成 S MA交替 共聚物后,用 丁醇 为溶剂和反应物,得到 了酯化度 在 2 0 3 0 的交替型 S MA共聚物。向远清等 J 以 A I B N为引发剂,采用溶液聚合法合成 了苯 乙烯 一马来酸酐交替共聚物(S MA),并使其在溶液中与 自制液化 4,4 一二苯基 甲烷二异氰 酸酯(MD I)进 行接枝聚合。周家达等 以无水 乙醇 和 2,3一环 氧丙基三甲基氯化胺(E T A)为改性剂,对苯乙
20、烯 一 马来酸酐共聚物(S MA)进行 阳离子化改性,制备 出 一种高分子阳离子表面活性剂。2)与其它活性单体进行共 聚改性在苯 乙烯 和马来酸酐单体 的基础上,引入第三单体是对 S M A 进行改性的一种重要手段。第三单 体主要有:甲基 丙烯酸甲酯、丙烯酸 甲酯、丙烯酸、丙烯腈等。潘卉 等 采用表 面带有活性双键的可反应 S i O:纳米颗 粒(MP N S)、苯 乙烯、马来酸酐三者在甲苯溶剂 中以 B P O为引发剂,在适当比例时通过接枝共聚制备 了 一种新型的有机 无机纳米复合鞣剂。3)对单体改性后进行 聚合 将苯 乙烯或马来 酸酐的衍生物来替代原单体进行反应,诸如用对磺 酸基苯乙烯和马
21、来酰亚胺 等作 原料等。如 Mi t s u b i s h i R a y o n l 2 采用 一甲基苯乙烯代替苯 乙烯 以进 一步改善其耐热性。将 蓖麻油首先 与马来 酸酐进 行酯化反应,然后与苯 乙烯共聚,再用 P O 进行改 性,得到一种具有多功能基团的新型复鞣加脂剂。4 S MA基聚合物在制革 中的应用 S M A基共聚物侧链 中含有疏水性 的长链烃 基 和亲水性的羧基,能在鞣制的过程 中同时完成对皮 革的加脂与复鞣作用,简化了生产工艺。同时由于 长链的烃基是以化学键 固定在鞣剂 的主链上,而亲 水性的羧基可以被 固定在皮纤维上,具有较好地耐 溶剂抽提作用,特别适合耐洗型、低雾 型
22、防水型皮 革的使用。而且从理论上来讲,在苯乙烯与马来酸 酐进行反应的过程 中没有任何副产物产生,避免 了 三废的排放不需要后处理,生产工艺 简便,成本较 低,近乎绿色通道,与现代化学绿 色化 的要求非常 吻合。因此在未 来皮革化学品的开发研究 中 S MA 第 2期 李小华,等:苯乙烯 一马来酸酐共聚物及应用 4 5 基聚合物将 占有很重要的位置,根据 S MA基聚合物 的特性和皮革加工的具体情况,S M A基聚合物在以 下几个方面将具有更加广阔的应用。4 1 作为复鞣加脂剂 低相对分子质 量的 S MA基聚合物含有大量的 羧基基团,若 将其应用于皮 革 的鞣制过程 中,它能 够快速与胶原上
23、的结合点结合,防止鞣剂与皮革纤 维结合过快出现表面过鞣的现象;而其显著降低溶 液表面张力的性能又可 以加速鞣剂 的渗透,以达到 速鞣、鞣制均匀或提高结合量使成革丰满的目的。张举贤等 将 K S一1合成鞣剂(苯乙烯 一马来 酸酐共聚物)最早应用 于制革,经其鞣制 后的坯革 粒面细致,毛孔清晰,革身丰满,得革率高,有明显 的增白增厚 特性,特别 适合生产 白色革和浅 色革,对铬还有吸收、固定作用,能降低废液 中的铬含量,减少环境污染。S MA基 聚合 物作为鞣剂 的相关产 品还有法 国库尔曼公司的 R e n e k t a n Q S 、丹东轻化 工研究 院研制的 D L T一1 4合成鞣剂、P
24、 R一1复鞣剂 产品等。对 S MA共 聚物用 高级脂肪醇等进行酯化 改性后 产 品 具有 复 鞣 加脂 作 用,简化 工 艺,降低 污染。4 2 作为填充剂 高相对分子质量 的 S MA基聚合物作为一种聚 合物鞣剂,是亲水 基 和亲油 基经 化学 键连 接而成 的,分子量较大,可 以与胶原 或鞣剂进 行多点结合 用作填充剂。在填充过程 中,S MA基 聚合物渗入皮 革纤维内并充塞于革纤 维周 围,从 而使革 身挺实、丰满、增加弹性,并能有效克服松面和减小部位差。4 3 作为染色助剂 阳离子型的 S MA基聚合物 的高渗透性和分散 性,若用于皮革 染色将会 达到很好 的匀染、助染 效 果。高效
25、 的渗透性使得 其能快速 的与皮革纤维结 合,减缓染料 与皮 革纤维 的结合,从 而起 到缓染 的 作用;S MA基聚合物的结构使得其 能够带有大量 的 亲纤维性 基 团或亲染 料性 基 团,从 而又 可 以使 得 S MA基聚合物具有非 常好 的匀染功 能。该类 材料 中部分产品同阴离子染料作用后 可使染料 的可见 光吸收光谱发 生红移产生增深效应 并生成难溶 的 有色沉淀而吸附在皮革上,从而提高 了阴离子染 料 的湿处理牢度。所以,这类材料也是很好的固色剂。据资料 报 道,S M A两 亲合 成鞣剂在 提高坯 革 的染色强 度方面效果优于其他合 成鞣剂与 树脂 鞣剂,它可以兼顾 阴阳离子材
26、料鞣革的优点。此 外,阳离子型的 S M A基聚合物还具有杀 菌、防尘和 抗静电性能。4 4用于防水涂饰 中 S MA基聚合物的水溶性 同其 它复鞣剂及加脂 剂配伍性好,经其处理的皮革,易于进行水性涂饰,成革丰满、柔软、卫生性 能好,经多价金属 固定后,动态、静态抗水性强。在制备皮革涂饰剂 时加入一 些 S MA基聚合物,其 良好的乳化能力可以保证 聚合 反应在乳液胶束内完成,良好的渗透性又可以使得 涂饰剂有一定 的渗透能力。5 结论与展望 S M A基两性聚合物以其独特的结构性能,能够 改变革表面电荷,恰 当地运用它既能使 染色达到革 面色泽鲜艳饱 满,又 能使革面 紧密细致,从 而达到 复
27、鞣填充、染色加脂相统一 的 目的,因此,S MA基两 性聚合物用于制革可简化生产工艺,从一定程度上 解决污染问题,积极 开展这 方面 的研究,开发 功能 化的新产品并投入实 际应用,逐 步实现制革工业的 清洁化生产,促进制革 工业 的健康发展是制革行业 的必由之路。参考文献:1 A l f r e y T,L a v i n E T b e c 0 p 0 1 y m e r i z a t i o n o f s t y r e n e a n d m a l e i c a n h y d r i d e J J o u r n al o f t h e A m e r i c a n C
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33、 n o v e l a n t i c anc e r d r u g c a r r i e r s J B i o ma t e r i a l s,2 0 0 1,2 2:1 6 9 71 7 0 4 1 1 朱明强,魏柳荷,周鹏,等 马来酸酐和苯乙烯的可逆加 成 一断链链转移聚合及新型嵌段共聚物的合成 J 高分子学报,2 0 0 1,3:4 1 54 1 7 1 2 胡中青一类含马来酸醉交替共聚单元的高分子表面 活性剂的辐射法合成及其应用 D 中国科学技术大 学,2 0 0 6 1 3 李春生,张书香,郑安呐,等 超临界 C O 中马来酸酐与 苯乙烯的聚合 J 高分子材料科学与工程,
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36、 Y MT a x o ll o a d e d b l o c k c o p o l y m e r n a n o s p h e r e s c o mp o s e d o f m e t h o x y p o l y(e t h y l e n eg l y c o 1)a n d p o l y(8一c a p r o l a c t o n e)a s n o v e l a n t i c a n c e r d r u g c a r r i e s r s J B i o ma t e r i al s,2 0 0 1,2 2:1 6 9 71 7 0 4 1 9 叶文
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39、助剂的试制 与应用 J 皮革化工,2 0 0 5,2 2(4):1 41 7 (上接 4 1页)4 8 S h o i Mo t o mi z u,Z h e nH a i L i T r a c e a n d u l t r a t r a c e a n a l-y s i s me t h o d s for t h e d e t e r mi n a t i o n o f p h o s p h o ru s b y fl o w i n j e c t i o n t e c h n i q u e s J T alant a,2 0 0 5,6 6(2):3 3 2 3 4
40、0 4 9 A l m e i d M I n e s G S a,S e gnn d o Ma r c e l a A,J o s 6 L i m L F C Mu l t i s y r i n g e fl o w i n j e c t i o n s y s t e m w i t h i nl i n e m i c r o w a v e d i g e s t i o n fo r the d e t e rmi n a t i o n o f p h o s p h o rus J T a l a n t a,2 0 0 4,6 4(5):1 2 8 3 1 2 8 9 5
41、0 T o m 6 s P 6 r e z R u i z,C a r m e n M a r t i n e z L o z a n o,V i r g i n i a T o m d s,e t a 1 F l o wi n j e c t i o n s p e c t r o fl u o r i me t r i c d e t e r mi n a t i o n o f d i s s o l v e d i n o r g a n i c a n d o r g a n i c p h o s p h o r u s i n w a t e r s u s i n g o nl
42、 i n e p h o t oo x i d a t i o n J A n a l y t i c a C h i m i c a A c t a,2 0 0 1,4 4 2(1):1 4 71 5 3 5 1 L e a c h A n d r e w M,B u r d e n D a n i e l L,Hi e f t j e G a r y MR a d i o l u m i n e s c e n c e d e t e c t o r for t h e fl o w i n j e c t i o n d e t e r mi n a-t i o n of p h o s
43、 p h o r u s as v ana d o md y b d o p h o s p h o fi c a c i d J 。A n a l y t i c a C h i m i c a A c t a,1 9 9 9,4 0 2(1 2):2 6 7 2 7 4 5 2 C Mu d i o C e l e s t i n o O l i v e i r a,E l i a s A y r e s G u i d e t t i Z a g a t t o,A l b e r t o N A r a fi d j o,e t a1S a m p l e p r e p a r a
44、t i o n i n s e q u e n t i a l i n j e c t i o n a n aly s i s:S p e c t r o p h o t o me t r i c d e t e rm i n a t i o n o f t o t a l p h o s p h o r u s i n f o o d s a m p l e s J A n al y t i c a C h i m i c a A c t a,1 9 9 8,3 7 1(1):5 7 6 2 5 3 R i c h a r d L B e n s o n,I a n D Mc K e l v
45、 i e,B a r r y T H a r t,e t a 1 De t e r mi n a t i o n o f t o t a l p h o s p h o rus i n wa t e r s a n d w ast e w a t e r s b y o n l i n e UV t h e r mal i n d u c e d d i g e s t i o n a n d fl o w i n j e c t i o n a n al y s i s J A n al y t i c a C h i m i c a A c t a,1 9 9 6,3 2 6(1 3):2
46、 9 3 9 5 4 T a k a s h i K o r e n a g a,F u s h e n g S u n H i g h s e n s i t i v i t y fl o w b ase d a n aly s i s s y s t e m u s i n g a s e mi c o n d u c t o r l ase r an d thi n l o n gfl o w t h r o u g h c e l lfort h e d e t e rm i n a t i o n o ft o t al p h o s p h o rus i n w a t e r J T al ant a,1 9 9 6,4 3(9):1 4 7 1 1 47 9






