专利名称：光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶液光催化制备高分子聚合物的方法，具体涉及一种光催化制备高 分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法。 '
背景技术：
由于阳离子聚丙烯酰胺具有特异的优越性能，对它的研究与开发正在不断扩大和深 入。目前，我国的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的品种单一，除了聚丙烯酰胺经Mannish反应 制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂外，能真正工业化并具有工业潜力的水溶性阳离子聚丙烯 酰胺絮凝剂几乎没有。而由Mannish反应制备的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂中存在着一定量 的残余丙烯酰胺，这样就不可避免地带来了一些毒性，使其应用受到限制，特别是在生活 用水的处理上。目前在阳离子聚丙烯酰胺的工业生产中，水溶液热聚合工艺还是应用较多， 但是用热引发水溶液聚合难以获得高阳离子度和高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，且工艺生 产过程复杂，污染大。水溶液光催化聚合法与传统的氧化还原引发体系的热聚合工艺相比， 紫外光引发聚合技术合成的阳离子聚丙烯酰胺质量高、可溶性好、成本低、无污染，且易 于实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是为克服上述不足之处提供一种以丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵 为单体，采用光催化方法制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法。
本发明采用的技术方案是
将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按单体重量比1 3: 3 1混合，加入去离子水 使总单体浓度达到15% 35% (g/g);加入过硫酸盐作为光催化引发剂，用量为总单体质
量的0.01% 1% (g/g);搅拌均匀，注入到紫外光反应装置中，密闭，通氮除氧；紫外光 照5分钟~5小时，紫外灯功率为10 30000W。采用该方法进行反应得到的阳离子聚丙烯酰胺的分子量大于500万，固含量为15% 30% (g/g)，阳离子度为12% 30% (mol/mo1)。
上述丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵加入去离子水使总单体浓度为15% 35% (g/g)，优选20%。
本发明中所使用的引发剂过硫酸盐，包括过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种， 其用量为单体总质量的0.01% 1% (g/g)，优选0.1%。
本发明中采用的紫外灯功率为10 30000W，照射时间为5分钟 5小时，优选功率为 300W，优选时间为100分钟。
本发明所用材料均为市售，可直接购买。
本发明的有益效果和优点由于光催化聚合反应的特点(1)聚合反应所需的活化能 低，因此它可以在很大的温度范围内发生，特别是易于进行低温聚合，这比由化学引发聚 合优越得多；(2)光催化聚合链反应是吸收一个光子导致大量单体分子聚合为大分子的过 程，从这个意义上讲，光催化聚合是一种量子效率很高的光反应，因而具有很大的实用价 值；(3)光催化聚合速度在一定条件下主要取决于光引发剂的种类和浓度及光照强度等， 所以聚合速度较易控制；(4)由于仅使用微量的光引发剂，因而可获得高纯度的阳离子聚 丙烯酰胺；(5)光催化聚合法的生产工艺简单，过程稳定，环保节能，投资少，是最有前 景的合成工艺，解决了传统方法制备阳离子聚丙烯酰胺耗能高、引发剂用量大、产品纯度 不高及工艺复杂等问题，具有非常好的应用前景。
本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺的特点是(1)采用的光引发剂种类少，仅为过硫酸 盐，得到的阳离子聚丙烯酰胺的纯度高达99%; (2)采用的光引发剂用量少，占单体总量 的0.01%~1%，优选0.1%; (3)无需采用络合剂和链调节剂等化合物，无需捏合处理、控 制温度和pH值范围，主要是讨论单体配比、光照时间和引发剂用量这几个影响因素，大 大降低了成本简化了工艺，并且所得阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度能达到12% 30%，固 含量达15% 30%，分子量大于500万，质量稳定。
具体实施方式
实施例l:
将17.06g丙烯酰胺和21.65g 二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(质量百分含量为60%) 混合，加入141.2g去离子水；加入0.03g过硫酸钠作为光催化引发剂，用量为单体总质量的0.1%，搅拌均匀；将以上混合物注入到紫外光反应装置中，密闭，通入氮气除氧，然 后用300W的汞紫外灯照射，控制照射时间在100分钟，得到的阳离子聚丙烯酰胺的固含 量为23.77%,阳离子度为20.46%,分子量为622万。 实施例2:
将6.40g丙烯酰胺和8.08g 二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(质量百分含量为60%)混 合，加入41.77g去离子水；加入0.0057g过硫酸铵作为光催化引发剂，用量为单体总质量 的0.05%，搅拌均匀；将以上混合物注入到紫外光反应装置中，密闭；通入氮气除氧，然 后用3000W的汞紫外灯照射，控制照射时间在20分钟，得到的阳离子聚丙烯酰胺的固含 量为29.61%，阳离子度为13.58%，分子量为636.8万。
实施例3:
将6.40g丙烯酰胺和15.08g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(质量百分含量为60%)混 合，加入55.76g去离子水；加入0.1545g过硫酸铵作为光催化引发剂，用量为单体总质量 的1%，搅拌均匀；将以上混合物注入到紫外光反应装置中，密闭，通入氮气除氧，然后 用50W的汞紫外灯照射，控制照射时间在240分钟，得到的阳离子聚丙烯酰胺的固含量为 21.76%，阳离子度为15.88%，分子量为620万。
实施例4:
将6.40g丙烯酰胺和15.08g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(质量百分含量为60%)混 合，加入71.21g去离子水；加入0.1545g过硫酸钾作为光催化引发剂，用量为单体总质量 的1%,搅拌均匀；将以上混合物注入到紫外光反应装置中，密闭，通入氮气除氧，然后 用30000W的汞紫外灯照射，控制照射时间在5分钟，得到的阳离子聚丙烯酰胺的固含量 为18.94%，阳离子度为13.67%,分子量为503万。
实施例5:
将6.40g丙烯酰胺和4.43g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(质量百分含量为60%)混 合，加入41.77g去离子水；加入0.0453g过硫酸铵作为光催化引发剂，用量为单体总质量 的0.5%，搅袢均匀；将以上混合物注入到紫外光反应装置中，密闭，通入氮气除氧，然 后用IOOOOW的汞紫外灯照射，控制照射时间在IO分钟，得到的阳离子聚丙烯酰胺的固含 量为19.88%，阳离子度为14.28%,分子量为518万。
权利要求
1. 一种光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按重量比1～3∶3～1混合，加入去离子水使总单体浓度达到15％～35％；加入过硫酸盐作为光催化引发剂，用量为单体总质量的0.01％～1％，搅拌均匀，注入到紫外光反应装置中，密闭，通氮除氧；紫外光照时间为5分钟～5小时，紫外灯功率为10W～30000W。
2、 根据权利要求1所述的光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于采 用该方法反应得到的阳离子聚丙烯酰胺的分子量大于500万，固含量为15% 30%，阳离 子度为12% 30%。
3、 根据权利要求1所述的光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的过硫酸盐用量为单体总质量的0.1%。
4、 根据权利要求1所述的光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。
5、 根据权利要求1所述的光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于向 丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵中加入去离子水使总单体浓度达20%。
6、 根据权利要求1所述的光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的紫外灯功率为300W，光照时间为100分钟。
全文摘要
本发明涉及一种光催化制备高分子量阳离子聚丙烯酰胺的方法，将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按单体重量比1～3∶3～1混合，加入去离子水使总单体浓度达到15％～35％；加入过硫酸盐作为光催化引发剂，用量为单体总质量的0.01％～1％，搅匀，注入到紫外光反应装置中，密闭，通氮除氧；紫外光照5分钟～5小时，紫外灯功率10W～30000W；反应所得阳离子聚丙烯酰胺的分子量大于500万，固含量15％～30％，阳离子度12％～30％。本方法工艺简单易于操作，过程稳定，环保节能，投资少，所得产品纯度高，质量稳定，具有非常好的应用前景。
文档编号C08F220/56GK101298489SQ20081002495
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者周林军, 常闻捷, 张之翼, 汤俊梅, 陈国松, 黄招霞 申请人:南京工业大学