一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法

2023-11-07 04:08:52 1

專利名稱：一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法
技術領域：
本發明屬於化學合成技術領域，涉及一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法。
背景技術：
陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)是一種線性水溶性高分子，有很廣泛的用途，包括用作 處理汙水的絮凝劑、汙泥脫水劑、紙張增強劑，還用於開採石油及礦冶等領域。CPAM的合成方法國內主要採用凝膠聚合法，但是這種方法有著很明顯的缺點，即使用時溶解速度慢，製造顆粒狀產品時乾燥費用高及膠液黏度大。而反向懸浮聚合及反向微乳液聚合的產品，其體系內含有有機溶劑，使用時會對環境造成二次汙染。用分散聚合法可以合成無汙染、性價比低的陽離子聚丙烯醯胺絮凝劑，但聚合過程中粘度大、難攪拌。

發明內容
為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種高效率、高產率、流動性及穩定性較好的聚丙烯醯胺乳液的合成方法。為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合溶液為反應介質，以丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、及N-乙烯基吡咯烷酮、為原料，以過硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發劑，以聚乙二醇與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨為穩定劑，在氮氣保護下，溫度為300C 50°C下進行分散聚合，反應時間為8小時 12小時，得到流動性較好的陽離子聚丙烯醯胺乳液。本發明的有益效果是，所得水分散型陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)乳液陽離子度和乳液固含量較高，對汙水的淨化效果較好，對環境汙染小，是一種環保型高分子絮凝劑。


圖I為聚丙烯醯胺的紅外光譜圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明聚丙烯醯胺乳液的合成方法，是以叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合溶液為反應介質，以丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(DMC)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)為原料，以過硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發劑，以聚乙二醇(20000)與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(PDMC)為分散劑，在氮氣保護、溫度為3(T50°C的條件下進行分散聚合，反應時間為8 12小時，得到流動性較好的陽離子聚丙烯醯胺乳液。單體丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(DMC)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的質量比為10:1:1 5:1:1。單體丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨與N-乙烯基吡咯烷酮的質量分數為9% 18%。單體丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨與N-乙烯基吡咯烷酮中，甲基並烯醯氧乙基三甲基氯化銨的質量分數為99^18%。叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合體系中，硫酸銨的質量分數為22% 30%。叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合體系中，叔丁醇與去離子水的質量比為I. 0:8. 0 I. 0:5. O。
引發劑的用量為丙烯醯胺單體質量的0. 2% 0. 5%。引發劑中過硫酸銨與亞硫酸氫鈉的質量比為1:1 1:1. 5。分散劑聚乙二醇(20000)與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(PDMC)在體系中的總的質量分數為1% 3. 5%。本發明採用甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的聚合物(PDMC)和聚乙二醇(20000)為分散劑，能使聚合物更穩定的存在於分散體系中，大大提高了分散體系的穩定性。下面通過實驗對本發明合成的陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)乳液的性能進行分析。I、乳液穩定性測試
測試方法取一定量的陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)乳液裝入燒杯中，然後密封燒杯口，放置於陰涼乾燥處保存，觀察其穩定性。結果放置兩個月乳液較穩定，兩個月後乳液出現分層現象，有凝膠出現。2、單體轉化率測定
測定方法由於丙烯醯胺單體能溶於丙酮和乙醇的混合溶劑，而聚丙烯醯胺(PAM)不溶於丙酮和乙醇的混合溶劑，故用丙酮和乙醇的混合溶劑對聚丙烯醯胺洗滌數次，從而可以分離出聚丙烯醯胺(PAM)，烘乾後稱重，根據下式，就可以算出丙烯醯胺單體的轉化率。轉化率=m2/ (In0Xm1 /m) X 100%
式中m為聚合物的總質量1 為聚合物單體的質量；mi為用於提取的聚合物的產品的總質量;m2為從質量為Hi1的產品中提取出來的聚丙烯醯胺(PAM)的質量。測定結果反應過程中丙烯醯胺單體的轉化率大於99. 4%。3、平均相對分子量的測定
先用體積比為1:1的乙醇和水配成的混合物洗滌聚丙烯醯胺乳液數次，然後在40°C下真空乾燥，得到的聚丙烯醯胺(PAM)為白色固體。研成粉末，按照GB12005. 1_89，用一點法在30±0. 050C，Imol L—1的NaNO3水溶液條件下，用烏氏粘度計測定其特性粘度，根據下式計算分子量。n=3. 73 X IO^4Mn0 66
式中n表示特性粘度(dL/g)，Mn表示聚合物的相對粘均分子量。測定結果聚丙烯醯胺(PAM)的平均相對分子量為270 350萬。4、聚丙烯醯胺(PAM)乳液固含量的測定
測定方法將一定量的試樣裝入坩堝中，放入烘箱裡在60°C下烘乾，直到其質量不再減小為止，冷卻後進行稱重，通過下式就可以算出乳液的固含量。S= (In2Hci)/In1 X 100%
式中1 表不i甘禍的質量,IH1表不試樣的質量，m2表不乾燥後i甘禍和乾燥後聚合物的總質量。測定結果聚丙烯醯胺(PAM)乳液的固含量為9 18%。5、聚丙烯醯胺(PAM)乳液陽離子度的測定
測定方法準確稱取適量乾燥後的陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)溶解於250mL錐形瓶中，然後加入5滴鉻酸鉀(質量分數為5%)指示劑，用硝酸銀(0. 05moL/L)的標準溶液滴定至出現磚紅色，即為終點。陽離子度=CV/{ CV+(Iii-CVM1) /M2} X 100%
式中c為硝酸銀標準溶液的濃度，V為式樣中硝酸銀標準溶液的體積，m為式樣質量(g)，M1和M2分別為陽離子聚丙烯醯胺和丙烯醯胺的相對分子量。測定結果陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)乳液的陽離子度為9 18%。下面就本發明各工藝參數對反應過程及聚丙烯醯胺(PAM)乳液各項性能影響進行分析說明。I、單體濃度對聚合物相對分子質量的影響
丙烯醯胺(AM)的含量對PAM分子量的影響，隨著反應體系中AM含量的增加PAM分子量會出現先增大後減小的現象。反應初期，由於單體濃度高，形成的粒子數量多，單體在所有粒子中所佔的比重較大，這種情況有利於聚合物鏈的增長，形成的聚合物分子量較大。當單體含量過高時，聚合過程中鏈的增長過快，而聚合物難以在很短的時間內吸附到足夠的分散劑，從而形成膠體從體系中析出；並且這些不穩定的低聚物自由基很容易發生單基或者雙基終止反應，形成分子質量較低的聚合物。丙烯醯胺含量對丙烯醯胺分散聚合的影響如表I所示。表I丙烯醯胺含量對丙烯醯胺分散聚合的影響
權利要求
1.一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合溶液為反應介質，以丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、及N-乙烯基吡咯烷酮為原料，以過硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發劑，以聚乙二醇20000與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨為穩定劑，在氮氣保護下，溫度為30°C 50°C下進行分散聚合，反應時間為8小時 12小時，得到流動性較好的陽離子聚丙烯醯胺乳液。
2.如權利要求I所述的合成方法，其特徵在於，所述單體丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨及N-乙烯基吡咯烷酮的質量比為10:1:1 5:1: I。
3.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，所述單體丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨與N-乙烯基吡咯烷酮的質量分數為99Γ18%。
4.如權利要求I所述的合成方法，其特徵在於，所述單體丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨與N-乙烯基吡咯烷酮中，甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的質量分數為9% 18%。
5.如權利要求I所述的合成方法，其特徵在於，所述叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合體系中,硫酸銨的質量分數為22% 30%。
6.如權利要求5所述的合成方法，其特徵在於，所述叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合體系中，叔丁醇與去離子水的質量比為I. 0:8. O I. 0:5. O。
7.如權利要求I所述的合成方法，其特徵在於，所述引發劑的總用量為丙烯醯胺單體質量的O. 2% O. 5%ο
8.如權利要求7所述的合成方法，其特徵在於，所述引發劑中過硫酸銨與亞硫酸氫鈉的質量比為I: I I: I. 5。
9.如權利要求7所述的合成方法，其特徵在於，所述分散劑聚乙二醇200000與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨在體系中的總的質量分數為1% 3. 5%。
全文摘要
本發明公開了一種陽離子聚丙烯醯胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸銨及去離子水的混合溶液為反應介質，以丙烯醯胺、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、及N-乙烯基吡咯烷酮、為原料，以過硫酸銨與亞硫酸氫鈉為引發劑，以聚乙二醇與聚甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨為穩定劑，在氮氣保護下，溫度為30℃~50℃下進行分散聚合，反應時間為8小時～12小時，得到流動性較好的陽離子聚丙烯醯胺乳液。該方法能合成流動性較好的陽離子聚丙烯醯胺乳液，其平均相對分子質量為270~350萬，單體轉化率達到99.4%以上。
文檔編號C08F220/56GK102627725SQ20121009723
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者姚進如, 李鴻洲, 王同俊 申請人:西北師範大學