[发明专利]一种离子度为65%～78%的阳离子聚丙烯酰胺的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子度为65% ~ 78%的阳离子聚丙烯酰胺的合成，包括二甲胺、二乙胺和哌啶修饰的阳离子聚丙烯酰胺的合成，属于高分子合成领域。

背景技术

阳离子型聚丙烯酰胺具有正电荷密度高、水溶性好、特性黏数较高等优点，被广泛应用于造纸、采油、污水处理及饮用水处理等行业。目前合成阳离子型聚丙烯酰胺主要有共聚法和改性法。共聚法合成的聚丙烯酰胺固含量相对较高，但离子基团之间的电荷排斥作用通常使产品的高分子量和高离子化度不能兼得。已经发展的反相乳液聚合、反相悬浮聚合和“水包水”乳液聚合等方法通常具有需要使用有机溶剂或无机盐含量过高等缺点，且共聚法中阳离子单体原料价格较高。而改性法可以对不同分子量的聚丙烯酰胺进行阳离子化，能够根据原料比例控制阳离子度，且成本较低，原料易得。

由于聚合物黏度较大，以往报道中，参加反应的聚丙烯酰胺的质量百分浓度通常较低（1% ~8%），所用的胺化试剂一般为二甲胺。《工业水处理》（1993年底13卷第5期，23 ~ 26页）“胺甲基聚丙烯酰胺的合成及其絮凝作用考察”中报道了二甲胺对质量百分浓度为8%的聚丙烯酰胺的阳离子改性；《石油与天然气化工》（2004年第33卷第2期，137 ~141页）“聚丙烯酰胺改性絮凝剂的制备及其应用研究”中报道了二甲胺对质量百分浓度为1%的聚丙烯酰胺的阳离子转化；《油气田环境保护》（2008年第18卷第2期，29 ~ 31页）“阳离子PAM的合成及絮凝性能研究”中报道了二甲胺对质量百分比浓度为3%的聚丙烯酰胺的阳离子化，虽然能够得到离子度为62% ~ 83%的阳离子聚丙烯酰胺，但原料摩尔比为聚丙烯酰胺 ：甲醛 ：二甲胺 ＝ 1 : 1.06 : 2.50 ~ 1 : 1.40 : 2.50，即需要甲醛过量且二甲胺大过量，不利于环境保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低交联反应的发生，减少甲醛残余量，提高产品的阳离子度，合成离子度为65% ~ 78%的阳离子聚丙烯酰胺的新方法。

为了实现发明目的，本发明技术方案如下：在甲醛不过量的条件下采取预制备羟甲基胺中间体法，将甲醛和二级胺预先反应生成羟甲基胺中间体，然后将中间体混合溶液滴加到聚丙烯酰胺溶液中，聚丙烯酰胺继续与羟甲基胺反应生成胺甲基化聚丙烯酰胺,具体步骤如下：

（1） 羟甲基胺中间体的制备：甲醛溶液与二级胺在20 ~ 25℃水浴条件下混合后反应30 ~ 40分钟。

（2） 向装有聚丙烯酰胺溶液的反应器中加入蒸馏水将聚丙烯酰胺溶液稀释。在搅拌和加热条件下，20 ~ 30分钟内将羟甲基胺中间体滴加到反应器内，滴加完毕后保持反应温度40 ~ 45℃继续反应3 ~ 4小时。最佳反应温度为45℃。

步骤（2）中参加反应时聚丙烯酰胺溶液的质量百分比浓度为8.2% ~20%。所用聚丙烯酰胺溶液分子量范围为3 × 10⁴~ 100 × 10⁴ 。

反应物摩尔比为聚丙烯酰胺 ：甲醛 : 二级胺 ＝ 1 : 1 : 1.2。

所述的二级胺为二甲胺、二乙胺或哌啶。

按照胶体滴定法测定所得产品阳离子度为65% ~ 78%。

本发明的有益效果在于：通过技术改进，采取预制备羟甲基胺中间体法，降低交联反应发生的机率，减少甲醛残余量；在甲醛不过量的条件下，即聚丙烯酰胺 ：甲醛 : 二级胺摩尔比＝ 1 : 1 : 1.2的条件下，得到高离子度阳离子聚丙烯酰胺，不仅合成出二甲胺、二乙胺修饰的阳离子聚丙烯酰胺，还实现哌啶对该类聚丙烯酰胺的阳离子转化，所得产品的阳离子度为65% ~ 78%。

具体实施方式

为了更好地对本发明进行说明，列举实施例如下：

实施例1

（1） 13.7g 质量分数为37%的甲醛溶液与27.6g 质量分数为33% 的二甲胺溶液在20℃水浴条件下混合，保持20℃反应40分钟。

（2） 向装有37.5g 质量分数为32%的聚丙烯酰胺溶液（分子量为8.0 × 10⁴）的反应器中加入55.3g 蒸馏水。在搅拌和45℃条件下，30分钟内通过恒压滴液漏斗将羟甲基胺中间体滴加到反应器内，滴加完毕后聚丙烯酰胺的质量分数为10%，保持反应温度为45℃继续反应3小时。

按照胶体滴定法测定所得产品阳离子度为74%。 

实施例2