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二烯丙基季铵盐及其聚合物作为阳离子电解质的典型代表有着广泛、重要的用途，其中又以二甲基二烯丙基氯化铵(Dimethyldiallylamoniumchloride简称DMDAAC)及其聚合物最为引人注意。为了维持取代基二烯丙基氯化铵单体在高阳离子电荷密度前提下，改善亲脂性，本文选择最简单、直接和高效的结构设计策略，仅对DMDAAC季铵氮上其中一个取代基进行烷基改性，取代基分别为丙基、戊基和庚基，单体分别称为甲基丙基二烯丙基氯化铵(Methylpropyldiallylammoniumchloride，简称MPDAAC)、甲基戊基二烯丙基氯化铵(Methylamyldiallylammoniumchloride，简称MADAAC)和甲基庚基二烯丙基氯化铵(Methylheptyldiallylammoniumchloride，简称MHDAAC)，进而分别研究了聚甲基烷基取代基二烯丙基氯化铵的制备及其构效关系。
首先，本文从单体烷基取代基的结构出发，采用量子化学密度泛函理论，在B3LYP/6-31G*水平上，得到不同甲基烷基二烯丙基单体分子的稳定构型和聚合反应活性的理论影响规律。进而，在水溶液聚合体系下，以V50为引发剂，采用引发剂反应前期一次性加入——三步升温的方式，分别得到MPDAAC、MADAAC和MHDAAC三种单体的最佳聚合工艺条件，得到以上单体的均聚产物特征黏度最高值分别为1.21、0.78和0.86dL/g，对应的单体转化率分别为92.85%、86.11%和73.20%。经比较可知，量子化学理论计算与单体均聚实验结果所得规律一致，即甲基烷基二烯丙基氯化铵单体的聚合反应活性高低顺序是DMDAAC＞MPDAAC＞MADAAC＞MHDAAC，烷基取代基链节长度越长，单体初级自由基的生成难度越大，单体聚合反应活性越低，所得聚合产物的相对分子质量越低。以上表明，在本文考察范围内，烷基取代基电子效应的影响并不明显，而空间位阻效应的影响则占主要地位。
然后，分别采用红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(NMR)、凝胶色谱-多角激光光散射仪(GPC-MALLS)、TG-DSC和表面张力仪对系列单体及其均聚物进行了结构、重均相对分子质量Mw及分布d(Mw/Mn)、热稳定性和表面活性的表征。结果表明，聚合产物样品的FTIR及NMR中与单体双键官能团相关的峰已大大减弱甚至消失，证实了单体已经发生聚合。得到精制后系列甲基烷基二烯丙基氯化铵最高特征黏度值均聚物经GPC-MALLS测定可知，PMPDAAC([η]=1.29dL/g，Conv.=98.54%)的Mw为2.658×105，d(Mw/Mn)为1.358；PMADAAC([η]=0.83dL/g，Conv.=98.21%)的Mw为2.380×105，d(Mw/Mn)为1.952；PMHDAAC([η]=0.92dL/g，Conv.=90.56%)的Mw为1.795×105，d(Mw/Mn)为2.405。TG-DSC热分析表明系列甲基烷基二烯丙基氯化铵单体均只有一个热分解阶段，而均聚物有两个热分解阶段。随着烷基取代基链节长度的增加，系列单体热分解焓和热分解外推温度均降低；均聚物的热分解焓有所差别，但是其热稳定性基本相同，均在225℃以下相对稳定。表明张力测试结果表明三种单体均具有表面活性，随着烷基取代烷基链长的增加，其降低表面张力的能力、表面活性、降低表面张力的效率以及油溶性逐渐增强，水溶性逐渐减弱。
最后，同时关联烷基取代基以及相对分子质量，研究聚甲基烷基二烯丙基氯化铵作用于O/W型模拟含油废水的破乳性能的构效关系。结果表明，随着聚合物单体烷基取代基链节长度的增长和聚合物相对分子质量(特征黏度值)的增加，聚合物疏水效果逐渐增强，即亲脂性增强，从而更能有效的破坏模拟含油废水的界面膜，破乳效果越好。其中[η]=0.83dL/g的PMHDAAC破乳效果最佳，对应破乳率最高为95.6%，该结果优于市售BQ-05季铵盐破乳剂和PDMDAAC的破乳效能。可知，聚甲基烷基二烯丙基氯化铵具有良好的破乳效能，在作用于特定亲脂性场合有较好的应用前景。
以上工作为甲基取代基二烯丙基季铵盐单体同系物及其聚合物结构、性质及性能的拓展研究，奠定了坚实的理论和实验基础。
首先，本文从单体烷基取代基的结构出发，采用量子化学密度泛函理论，在B3LYP/6-31G*水平上，得到不同甲基烷基二烯丙基单体分子的稳定构型和聚合反应活性的理论影响规律。进而，在水溶液聚合体系下，以V50为引发剂，采用引发剂反应前期一次性加入——三步升温的方式，分别得到MPDAAC、MADAAC和MHDAAC三种单体的最佳聚合工艺条件，得到以上单体的均聚产物特征黏度最高值分别为1.21、0.78和0.86dL/g，对应的单体转化率分别为92.85%、86.11%和73.20%。经比较可知，量子化学理论计算与单体均聚实验结果所得规律一致，即甲基烷基二烯丙基氯化铵单体的聚合反应活性高低顺序是DMDAAC＞MPDAAC＞MADAAC＞MHDAAC，烷基取代基链节长度越长，单体初级自由基的生成难度越大，单体聚合反应活性越低，所得聚合产物的相对分子质量越低。以上表明，在本文考察范围内，烷基取代基电子效应的影响并不明显，而空间位阻效应的影响则占主要地位。
然后，分别采用红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(NMR)、凝胶色谱-多角激光光散射仪(GPC-MALLS)、TG-DSC和表面张力仪对系列单体及其均聚物进行了结构、重均相对分子质量Mw及分布d(Mw/Mn)、热稳定性和表面活性的表征。结果表明，聚合产物样品的FTIR及NMR中与单体双键官能团相关的峰已大大减弱甚至消失，证实了单体已经发生聚合。得到精制后系列甲基烷基二烯丙基氯化铵最高特征黏度值均聚物经GPC-MALLS测定可知，PMPDAAC([η]=1.29dL/g，Conv.=98.54%)的Mw为2.658×105，d(Mw/Mn)为1.358；PMADAAC([η]=0.83dL/g，Conv.=98.21%)的Mw为2.380×105，d(Mw/Mn)为1.952；PMHDAAC([η]=0.92dL/g，Conv.=90.56%)的Mw为1.795×105，d(Mw/Mn)为2.405。TG-DSC热分析表明系列甲基烷基二烯丙基氯化铵单体均只有一个热分解阶段，而均聚物有两个热分解阶段。随着烷基取代基链节长度的增加，系列单体热分解焓和热分解外推温度均降低；均聚物的热分解焓有所差别，但是其热稳定性基本相同，均在225℃以下相对稳定。表明张力测试结果表明三种单体均具有表面活性，随着烷基取代烷基链长的增加，其降低表面张力的能力、表面活性、降低表面张力的效率以及油溶性逐渐增强，水溶性逐渐减弱。
最后，同时关联烷基取代基以及相对分子质量，研究聚甲基烷基二烯丙基氯化铵作用于O/W型模拟含油废水的破乳性能的构效关系。结果表明，随着聚合物单体烷基取代基链节长度的增长和聚合物相对分子质量(特征黏度值)的增加，聚合物疏水效果逐渐增强，即亲脂性增强，从而更能有效的破坏模拟含油废水的界面膜，破乳效果越好。其中[η]=0.83dL/g的PMHDAAC破乳效果最佳，对应破乳率最高为95.6%，该结果优于市售BQ-05季铵盐破乳剂和PDMDAAC的破乳效能。可知，聚甲基烷基二烯丙基氯化铵具有良好的破乳效能，在作用于特定亲脂性场合有较好的应用前景。
以上工作为甲基取代基二烯丙基季铵盐单体同系物及其聚合物结构、性质及性能的拓展研究，奠定了坚实的理论和实验基础。