一種聚丙烯醯胺反相乳液的合成方法與流程

2023-10-10 04:26:44

本發明涉及水溶性高分子材料領域，特別是一種聚丙烯醯胺反相乳液的合成方法。

背景技術：

隨著聚合技術的發展，聚丙烯醯胺已由最初乾粉(膠體)發展成為現在的乾粉、反相乳液兩種主要產品。八十年代獲得工業化生產的聚丙烯醯胺反相乳液產品，其發展速度相當快。

丙烯醯胺反相乳液聚合時，乳液的穩定性對聚合和產品都是十分重要的指標也是該方法的難點。解決此問題的關鍵是選擇適當的乳化劑系統，因為乳化劑在膠乳粒的最外層構成吸附膜，通過吸附膜的阻隔，可防止粒子粘並，以實現乳液穩定。

反相乳液法生產的聚丙烯醯胺膠乳與水溶液聚合法生產的乾粉相比，膠乳的溶解速度快，分子量高且分布窄，殘餘單體少，聚合反應中粘度小，易散熱也易控制，宜於大規模生產。

聚丙烯醯胺乾粉產品在使用過程中存在著溶解時間長和易受攪拌剪切降解，需配備專門的乾粉溶解裝置等弊端。聚丙烯醯胺反相乳液已逐步成為聚丙烯醯胺產品的主流，具有溶解速度快和使用方便的特點，但該產品存在著乳化劑含量過高，另外聚合過程由於單體濃度高，聚合熱量大，一般聚合釜很難及時散熱造成爆聚或凝膠，甚至發生衝料等事故。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種能夠穩定聚合、乳化劑含量低的聚丙烯醯胺反相乳液的合成方法。

一種聚丙烯醯胺反相乳液的合成方法，其特徵是包括如下步驟：

第一步：在裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和氣體進出口的容器中，依次加入質量濃度為30-50％的丙烯醯胺水溶液，加入佔丙烯醯胺單體質量0-5％的無水乙酸鈉，再按所需要的陰離子度加入佔丙烯醯胺摩爾量0-50％的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸,用質量濃度為10-50％的氫氧化鈉水溶液調節系統的ph值為3-7，再加入佔單體總質量20-40％的一定比例的斯盤類乳化劑和辛基酚聚氧乙烯醚乳化劑；開啟攪拌，直到反應物混合均勻，然後加入佔丙烯醯胺水溶液體積100-200％的有機溶劑，通氮氣驅氧，控制溫度為5-35℃，攪拌20-40min，化學引發或紫外光照射引發聚合反應，反應結束後得到聚丙烯醯胺反相乳液半成品。

第二步：在另一帶有攪拌器的容器中加入質量濃度為30-50％的丙烯醯胺水溶液，加入佔丙烯醯胺單體質量0-5％的無水乙酸鈉，按所需要的陰離子度加入佔丙烯醯胺摩爾量0-50％的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸,用質量濃度為10-50％的氫氧化鈉水溶液調節系統的ph值為3-7，本步驟所用的丙烯醯胺和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的總劑量是第一步總劑量的0.5-2倍，再加入佔單體總質量0-10％的辛基酚聚氧乙烯醚乳化劑作為乳化劑。

第三步：在第一步得到的聚丙烯醯胺反相乳液中加入第二步總液體量體積的0-50％的有機溶劑，將第二步得到的溶液緩慢加到上述聚丙烯醯胺反相乳液中，通氮氣驅氧，控制溫度為5-35℃，攪拌20-40min，化學引發或紫外光照射引發聚合反應，反應結束後得到低乳化劑含量的聚丙烯醯胺反相乳液成品。

主要特徵步驟第一步和第二步中，有機溶劑是煤油、液體石蠟、溶劑油或環己烷中的一種。

主要特徵步驟第一步中，斯盤類乳化劑是斯盤20、斯盤40、斯盤60、斯盤80或斯盤85中的一種。

主要特徵步驟第一步和第二步中，辛基酚聚氧乙烯醚是op-4、op-6、op-8、op-10、op-15、op-20或op-30中的一種。

本發明採用兩步反相乳液聚合法得到聚丙烯醯胺反相乳液產品，第一步用足量的乳化劑和大量的有機溶劑，保證了聚合過程中不會產生凝膠，在工業生產中由於有效聚合量在反應釜中只佔正常量的一半，通過聚合釜夾套的冰水完全可以達到冷凝的要求，不會發生由於散熱不及時而發生爆聚的現象。第二步聚合是在第一步聚合的基礎上少用或不用乳化劑，由於有第一步的種子乳液，聚合過程中不會產生凝膠或破乳。由於已有部分聚合，第二步聚合產生的聚合熱大大減少，通過聚合釜夾套的冰水完全可以達到冷凝的要求，同樣也不會發生爆聚的現象，保證了安全生產。這種方法可以使反應釜的產量大大提高，生產規模大，同時產品的乳化劑含量低，使生產成本大大降低。

本發明得到的聚丙烯醯胺反相乳液能廣泛應用於絮凝、增稠、減阻、凝膠、粘結、阻垢等領域，特別是汙水處理和石油開採行業。

具體實施方式

下面給出本發明的二個最佳實施例：

實施例一

第一步：在裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和氣體進出口的500ml四口燒瓶中依次加入43wt％的丙烯醯胺水溶液100g，加入2g無水乙酸鈉，加入乳化劑脫水山梨醇單月桂酸酯(斯盤60)7.5g和op-102.5g，攪拌10min後，加入環己烷180ml，控制水浴溫度25℃攪拌30min，同時通高純氮氣以除去系統中的氧氣。加1％的過硫酸銨水溶液0.1ml和5％的亞硫酸氫鈉水溶液0.5ml引發，升至最高溫度後，保溫反應1h，製得非離子聚丙烯醯胺反相乳液半成品。

第二步：在另一帶有攪拌器的300ml燒杯中加入質量濃度為43％的丙烯醯胺水溶液100ml，加入2g無水乙酸鈉攪拌至溶解，調整溫度至25℃。

第三步：在攪拌條件下將第二步得到的溶液加入到第一步得到的聚丙烯醯胺反相乳液中，將第二步得到的溶液緩慢加到上述聚丙烯醯胺反相乳液中，通高純氮氣驅氧，調整溫度至30℃，攪拌30min，加1％的過硫酸銨水溶液0.1ml和5％的亞硫酸氫鈉水溶液0.5ml引發，升至最高溫度後，保溫反應1h，製得非離子聚丙烯醯胺反相乳液成品。

實施例二

第一步：在裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和氣體進出口的500ml四口燒瓶中依次加入30wt％的丙烯醯胺水溶液100g，加入37.5g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸，用質量濃度為20％的氫氧化鈉水溶液調節系統的ph值為5.0。加入乳化劑脫水山梨醇單月桂酸酯(斯盤40)12g和op-103.5g，攪拌10min後，加入環己烷200ml，控制水浴溫度25℃攪拌30min，同時通高純氮氣以除去系統中的氧氣。加入安息香(1mg在0.1ml冰醋酸中)，用250w的高壓汞燈照射體系使之引發，待升至最高溫度後，保溫反應1h，製得陰離子聚丙烯醯胺反相乳液半成品。

第二步：在另一帶有攪拌器的300ml燒杯中加入質量濃度為30％的丙烯醯胺水溶液100ml，加入37.5g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸，用質量濃度為20％的氫氧化鈉水溶液調節系統的ph值為5.0，加入乳化劑op-101.0g，攪拌10min，同時調整溫度至15℃。

第三步：在攪拌條件下將第二步得到的溶液緩慢加到第一步得到的聚丙烯醯胺反相乳液中，通高純氮氣驅氧，調整溫度至30℃，攪拌30min，加入安息香(1mg在0.1ml冰醋酸中)，用250w的高壓汞燈照射體系使之引發，待升至最高溫度後，保溫反應1h，製得陰離子聚丙烯醯胺反相乳液成品。