一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法
2023-12-01 05:46:21
一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法
【專利摘要】本發明提供一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，製備該水乳液的方法包括：先製備得到一種反應型分散劑；然後在鹽溶液體系及分散劑的參與下，通過多段複合引發體系均衡自由基濃度，進行丙烯醯胺和陽離子單體的水乳液分散聚合。該水乳液產品具有迅速溶解、高分子量、流動性良好且穩定性高，可廣泛地應用於各行業水處理領域。
【專利說明】一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於高分子合成領域，涉及一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺乳液的製備方 法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯醯胺被稱為"百業助劑"，其中的陽離子聚丙烯醯胺（CPAM)則是應用最為廣 泛的品種之一。CPAM為含陽離子結構單元的丙烯醯胺共聚物，分子鏈在水中可電離出聚陽 離子和小的陰離子，CPAM中陽離子的加入增大了聚合物對帶負電荷的膠體、聚合物和固體 表面的吸附粘結能力，可以引起較強的電中和作用，增強了它的吸附、粘合、脫色、沉澱和絮 凝等作用，特別適用於造紙技術、食品工業、建築工程、冶金工程、選礦煤粉、採油工業、水產 加工與發酵等有機膠體含量較高的行業中的汙水與廢水的處理。
[0003] 雙水相分散聚合法是一種製備水溶性聚合物的新型方法，利用這種新方法可以將 一種或幾種水溶性單體溶解分散在有分散劑存在下的水溶液中，在一定條件下聚合，形成 互不相溶的水溶性聚合物分散液，也叫聚合物水乳液。
[0004] 水乳液反應體系具有黏度較低，固含量大，可以製得相對分子質量較大的水溶性 聚合物，它克服了傳統水溶液聚合的缺點，在製備和使用過程中不存在有機溶劑汙染問題， 且水乳液產品溶解迅速、可以直接稀釋使用，因此具有廣闊的應用前景和環保價值。
[0005] 目前，國內外研究水乳液的製備方法的報導不多，產品性能還不夠完善。主要問題 集中在水乳液產品的分散穩定性差和CPAM的有效含量及分子量低這兩方面上。為了解決 這兩個問題，技術人員做了大量的研究工作。專利CN201210097234. 3中以叔丁醇水溶液為 分散劑製備CPAM水乳液，結果表明以叔丁醇作為分散劑製備的CPAM水乳液穩定性差，存放 時間不長。製備的CPAM分子量偏低，不超過350萬。為了克服小分子醇作為分散劑而引 起的鏈轉移強等問題，文獻(劉再滿等，《雙水相聚合法合成陽離子聚丙烯醯胺及其絮凝性 能》，應用化學，2010, 28(8) :874?878)提供了一種以聚乙二醇替代叔丁醇作為反應體系的 分散劑，製備得到了一種分散穩定性良好的水乳液，但該方法中聚乙二醇用量非常大，使得 成本偏高，而且水乳液體系的粘度高、流動性差，CPAM的分子量低。最近研究改進最多的是 由陽離子單體均聚而得的低分子量陽離子聚合物作為分散劑，取得了不錯的結果。如專利 CN102321213B中提供了以丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨等陽離子單體在分子量調節劑的存 在下均聚而得的分散劑。並通過自製的分散劑製備得到了分散性和流動性較好的較高分子 量CPAM的水乳液產品，但該水乳液產品的穩定性未知，而且分散劑的分子量控制以及水乳 液聚合工藝控制難度高。
[0006] 目前大多數的水乳液製備工藝中，由於聚丙烯醯胺聚合機理中的"凝膠效應"，反 應過程中存在自加速過程，使得丙烯醯胺共聚物的聚合速度有大大超過從分散體系中析出 的速度的可能，如果控制不當則很易得到凝膠產品，造成聚合失敗。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在於克服現有CPAM水乳液產品製備工藝的一些缺點，提供一種有 效含量高、分子量高、操作方便易控的CPAM水乳液產品的製備方法。
[0008] 本發明的另一目的在於提供一種體系粘度小於200mPaS，流動性良好，溶解速度 快，能在24個月長期存放不分層的高穩定CPAM水乳液產品。
[0009] 為達到以上技術目的，本發明是採用以下技術方案實現的。
[0010] 一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特徵在於：由式（1)所示 的反應型大單體作為分散劑，由丙烯醯胺和陽離子單體共聚而成，
【權利要求】
1. 一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特徵在於由式（1)所示的反 應型大單體作為分散劑，由丙烯醯胺和陽離子單體共聚而成，
2. 根據權利要求1所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法其特徵 在於式（1)中m為大分子單體中高分子鏈段陽離子的聚合度；n為大分子單體中乙烯吡咯烷 酮的聚合度；a為2~3 ;A為H或CH3, B為O或N元素。
3. 根據權利要求1所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特徵 在於大單體分散劑的平均分子量為2X IO5?8X IO5。
4. 根據權利要求1中所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特 徵在於所述的陽離子聚丙烯醯胺水乳液，其溶解速度小於lOmin。
5. 根據權利要求1中所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特 徵在於所述的陽離子聚丙烯醯胺水乳液，其分子量在800萬以上。
6. 根據權利要求1中所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特 徵在於所述的陽離子聚丙烯醯胺水乳液，其產品體系粘度小於400 mPa ? s。
7. 根據權利要求1所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特徵 在於大單體分散劑的製備方法為： 步驟1)將2(T30份的陽離子單體和(T5份的N-乙烯吡咯烷酮加入反應釜中，加入 3(Tl00份的溶劑溶解；向反應釜中通入氮氣除氧15~30分鐘；向反應釜中加入0. Ofl份的 鏈轉移劑和〇. 〇〇1~〇. 05份的引發劑；在60?70°C下攪拌反應4~6小時；加入氫氧化鈉溶 液調節PH值至7?9,減壓抽去大部分的溶劑，用1(T50份沉澱劑沉澱三次，離心分離，乾燥 得到白色固體大單體前體，其結構式如式（2)所示：
步驟2)向反應釜中加入前述10?20份的大單體前體和50?100份的四氫呋喃，溶 解均勻；將1?10份丙烯醯氯溶於20?50份四氫呋喃中，攪拌下加入到上述溶液中，同時 滴加一定量的碳酸鈉水溶液，用帶冷媒的夾套反應釜控制反應溫度在〇?4°C ;反應2?4 小時後，升溫至室溫；減壓抽去溶劑，在10?50份乙醚中沉澱三次，乾燥後得到白色固體反 應型分散劑，其結構式如式（1)所示。
8. 根據權利要求1或7所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其 特徵在於：大單體分散劑的製備步驟1)中所述的陽離子單體選自丙烯醯氧乙基三甲基氯 化銨、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、丙烯醯氧乙基二甲基苄基氯化銨、甲基丙烯醯氧乙 基二甲基苄基氯化銨、3-丙烯醯胺丙基-三甲基氯化銨、3-(甲基丙烯醯胺丙基）-三甲基 氯化銨中的一種或兩種；溶劑選自甲醇、乙醇和乙腈中的一種，優選為乙醇；鏈轉移劑為巰 基乙銨鹽酸鹽；所述的引發劑選自2, 2-偶氮雙（2-脒基丙烷)二鹽酸鹽、2, 2-偶氮雙（2-脒 唑啉丙烷)鹽酸鹽、偶氮二（2, 5-二甲基-6-羧基)己腈和偶氮二異丁腈中的一種或兩種，優 選偶氮二異丁腈；所述的沉澱劑選自乙醚和丙酮中的一種，優選乙醚。
9. 根據權利要求1中所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法，其特 徵在於所述的陽離子聚丙烯醯胺水乳液，製備方法為：將5?10份的丙烯醯胺、1?7份的 陽離子單體、0. 1?2份的上述反應型分散劑、20?35份的硫酸銨和0. 1?4份的聚乙二 醇(分子量20000)加入到反應釜中，加入0. 001?0. 05份的擴鏈劑和0. 001?0. 01份的 絡合劑，加入40?60份的去離子水，攪拌溶解，用NaOH溶液和稀硫酸調節pH為5?8,通 氮氣除氧15?40min後，升溫至30?35°C加入0. 0001?0. 01份的氧化劑和還原劑組成 的氧化-還原引發劑，調節攪拌速度，當體系變為乳白色後，再加入0. 0001?0. 01份的偶 氮引發劑，升溫至50?55°C繼續反應4?6h後，再加入2?5份的硫酸銨，冷卻後即得到 分散性良好的穩定的CPAM水乳液產品。
10. 根據權利要求1或9中所述的一種反應型分散劑及聚丙烯醯胺水乳液的製備方法， 其特徵在於所述的陽離子聚丙烯醯胺水乳液製備步驟中，陽離子單體選自丙烯醯氧乙基三 甲基氯化銨、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、丙烯醯氧乙基二甲基苄基氯化銨、甲基丙烯 醯氧乙基二甲基苄基氯化銨、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙基三甲基氯化銨中的一種或兩種； 擴鏈劑選自N，N-二甲基乙醇胺、乙二醇、己二醇、N，N-二甲基乙二胺、N，N-四甲基乙二胺、 三乙烯四胺、1，3-二甲胺基丙腈中的一種或多種；絡合劑為EDTA ;氧化劑選自過硫酸銨、過 硫酸鈉、過硫酸鉀、雙氧水和2-過氧化丁酮中的一種或多種；還原劑選自亞硫酸銨、亞硫酸 鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸氫銨、亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鉀和甲醛合次硫酸氫鈉中的一種或多種； 偶氮系引發劑為2, 2' -偶氮（2-脒基丙烷）二鹽酸鹽、2, 2' -偶氮（2-咪唑啉丙烷）二鹽 酸鹽和4,4' -偶氮雙（4-氰基戊酸）中的一種或多種，優選為2,2' -偶氮（2-脒基丙烷） 二鹽酸鹽。
【文檔編號】C08F2/38GK104356292SQ201410564516
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】吳江勇, 崔仕章, 谷之輝, 王黎明, 楊紅梅 申請人:山東德仕石油工程集團股份有限公司