[发明专利]一种阳离子聚丙烯酰胺水乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子合成领域，涉及一种反应型分散剂及聚丙烯酰胺乳液的制备方法。

背景技术

聚丙烯酰胺被称为“百业助剂”，其中的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）则是应用最为广泛的品种之一。CPAM为含阳离子结构单元的丙烯酰胺共聚物，分子链在水中可电离出聚阳离子和小的阴离子，CPAM 中阳离子的加入增大了聚合物对带负电荷的胶体、聚合物和固体表面的吸附粘结能力，可以引起较强的电中和作用，增强了它的吸附、粘合、脱色、沉淀和絮凝等作用，特别适用于造纸技术、食品工业、建筑工程、冶金工程、选矿煤粉、采油工业、水产加工与发酵等有机胶体含量较高的行业中的污水与废水的处理。

双水相分散聚合法是一种制备水溶性聚合物的新型方法，利用这种新方法可以将一种或几种水溶性单体溶解分散在有分散剂存在下的水溶液中，在一定条件下聚合，形成互不相溶的水溶性聚合物分散液，也叫聚合物水乳液。

水乳液反应体系具有黏度较低，固含量大，可以制得相对分子质量较大的水溶性聚合物，它克服了传统水溶液聚合的缺点，在制备和使用过程中不存在有机溶剂污染问题，且水乳液产品溶解迅速、可以直接稀释使用，因此具有广阔的应用前景和环保价值。

目前，国内外研究水乳液的制备方法的报道不多，产品性能还不够完善。主要问题集中在水乳液产品的分散稳定性差和CPAM的有效含量及分子量低这两方面上。为了解决这两个问题，技术人员做了大量的研究工作。专利CN201210097234.3中以叔丁醇水溶液为分散剂制备CPAM水乳液，结果表明以叔丁醇作为分散剂制备的CPAM水乳液稳定性差，存放时间不长。制备的CPAM分子量偏低，不超过350万。为了克服小分子醇作为分散剂而引起的链转移强等问题，文献（刘再满等，《双水相聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺及其絮凝性能》，应用化学，2010,28(8)：874~878）提供了一种以聚乙二醇替代叔丁醇作为反应体系的分散剂，制备得到了一种分散稳定性良好的水乳液，但该方法中聚乙二醇用量非常大，使得成本偏高，而且水乳液体系的粘度高、流动性差，CPAM的分子量低。最近研究改进最多的是由阳离子单体均聚而得的低分子量阳离子聚合物作为分散剂，取得了不错的结果。如专利CN102321213B中提供了以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵等阳离子单体在分子量调节剂的存在下均聚而得的分散剂。并通过自制的分散剂制备得到了分散性和流动性较好的较高分子量CPAM的水乳液产品，但该水乳液产品的稳定性未知，而且分散剂的分子量控制以及水乳液聚合工艺控制难度高。

目前大多数的水乳液制备工艺中，由于聚丙烯酰胺聚合机理中的“凝胶效应”，反应过程中存在自加速过程，使得丙烯酰胺共聚物的聚合速度有大大超过从分散体系中析出的速度的可能，如果控制不当则很易得到凝胶产品，造成聚合失败。

发明内容

本发明的目的在于克服现有CPAM水乳液产品制备工艺的一些缺点，提供一种有效含量高、分子量高、操作方便易控的CPAM水乳液产品的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种体系粘度小于300mPaS，流动性良好，溶解速度快，能在12个月长期存放不分层的高稳定CPAM水乳液产品。

为达到以上技术目的，本发明是采用以下技术方案实现的。

一种阳离子聚丙烯酰胺水乳液的制备方法，由式（1）所示的大单体作为分散剂，由丙烯酰胺和阳离子单体共聚而成，                                                   式（1）

式（1）中m为大分子单体中高分子链段阳离子的聚合度；n为大分子单体中苯乙烯的聚合度；R₁、R₂为C₁~C₈的烷烃链。

大单体分散剂的平均分子量为2×10⁵～6×10⁵。阳离子聚丙烯酰胺水乳液溶解速度小于10min。阳离子聚丙烯酰胺水乳液的分子量在700万以上。阳离子聚丙烯酰胺水乳液的产品体系粘度小于300 mPa·s。

大单体分散剂的制备方法为：

1）将1份的阳离子单体和0.01~0.2份的苯乙烯加入反应釜中，加入5~10份的溶剂溶解；向反应釜中通入氮气除氧15~30分钟；向反应釜中加入0.001~0.01份的链转移剂和0.0001~0.005份的引发剂。在60～70℃下搅拌反应4~6小时。加入氢氧化钠溶液调节pH值至7～9，减压抽去大部分的溶剂，用5~20份沉淀剂沉淀三次，离心分离，干燥得到白色固体大单体前体，其结构式如式（2）所示：式（2）