「前沿洞察・第 3 期」嵌段结构调控阳离子聚丙烯酰胺分子链构象——首信阶段性研究成果

发布时间：2026年07月10日

来源：首信SHOUXIN

前沿研究洞察解读

首信研发中心

在阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的分子设计领域，嵌段比（中性嵌段与阳离子嵌段的比例）是决定聚合物性能的关键结构参数，但其对分子链微观构象的影响规律长期以来缺乏系统的原子尺度认知。这一知识空白使得CPAM产品的分子设计难以实现从“经验筛选”到“理性设计”的跨越。

首信研发团队近年来聚焦于阳离子聚丙烯酰胺嵌段结构与分子链构象的定量关系研究，已建立高分子分子动力学（MD）模拟平台与聚合物合成验证平台。目前，团队在以下方面取得了阶段性成果：

嵌段比对分子链构象的定量影响：我们的模拟数据表明，中性嵌段（A_m）与阳离子嵌段（B_n）的比例对CPAM分子链的伸展程度具有显著影响。当嵌段比为8:12（中性:阳离子）时，分子链呈现最为伸展的构象—均方末端距与均方回转半径比值达到峰值，阳离子基团（—N⁺(CH₃)₃）充分暴露于溶剂中，离子可及性最佳。当阳离子嵌段比例过低（如16:4）时，分子链因电荷密度不足、静电排斥减弱，导致链间疏水聚集。这一发现揭示了嵌段比对分子构象的“非单调”调控规律—并非电荷密度越高分子链越伸展，而是存在一个最优平衡点。

在上述研究推进过程中，我们关注到国际化工领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》于2025年发表的一项独立研究成果（Vahid et al.，论文题为Block ratio optimized cationic polyacrylamides for enhanced nitrate rejection under applied potential）。该研究采用分子动力学模拟手段，不仅考察了不同嵌段比DCPAM在本体溶液中的分子构象（与首信研究方向重叠），还进一步拓展了两个维度：（1）离子选择性—研究发现NO₃⁻在CPAM带电基团附近的累积密度显著高于Cl⁻，证明CPAM对硝酸根具有优先吸附能力；（2）电场耦合性能—将CPAM置于电场辅助反渗透体系中，12:8配比在实现最高水通量的同时完全截留NO₃⁻，盐截留率达78%~100%。该研究的定量结论与文献中首信对8:12嵌段比分子构象最优的判断高度一致，同时其在离子选择性和电场耦合方面的拓展为首信后续研发指明了方向。