专利名称：制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法
技术领域：
本发明属于水溶性高分子材料的制备技术领域，具体来说，涉及一种制备阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法。
背景技术：
阳离子聚丙烯酰胺具有良好的吸附性、高粘性和交联性。因其含有酰胺基、线性长链和离子基团从而具有分散助剂、表面涂布、建材粘结、水土保持、固体回收、污水治理、助留助滤、减压增稠等的功能，广泛应用在造纸、纺织、医药、地质、石油、建筑、农业、采矿、选矿、养殖、航船减阻、三次采油和林业等行业。目前制备水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法有以下几种水溶液聚合法，是将阳离子单体和丙烯酰胺单体溶于水溶液中进行聚合的方法。但此方法聚合溶液的质量分数低，产物的相对分子量不高，并且在随后的制备干粉过程中，高温烘干和剪切作用又容易使高分子链降解和交联，使得粉剂产品的溶解性和絮凝性变差。还有反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法以及反相悬浮聚合法，但采用这些方法制备出的产品含有矿物油或表面活性剂，在成本增加的同时又在实际使用中容易造成二次污染。另外还有分散聚合方法，虽然该方法的生产工艺简单环保，产品分子量高，但得到的是乳液，在储存、包装和运输上都有极大的不便。因此，人们需要一种制备水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，通过该方法制备的水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体能够具有聚合分子量高、速溶、生产储存运输过程简单的优点，同时该方法还需具有绿色环保的优点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种制备水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，通过该方法可制备出聚合分子量高、速溶、生产储存运输过程简单的水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体。本发明通过以下技术手段实现制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，包括以下步骤1)将阳离子单体、丙烯酰胺单体和无机盐解溶解在水中，配成溶液A ；2)往上述溶液A中加入氧化还原剂，得到溶液B ；3)溶液B进行反应，得到乳液；4)往上述乳液中加入有机溶剂，沉淀出阳离子聚丙烯酰胺粉体，将阳离子聚丙烯酰胺粉体进行干燥。本发明还可做以下改进步骤1)中，所述水的质量份数为100份，所述的阳离子单体、丙烯酰胺单体和无机盐的总质量份数为17-80份。步骤1)中，所述阳离子单体的质量份数为2-20份，所述的阳离子单体包括丙烯酰胺基丙基苄基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基二甲基苄基氯化铵中的至少一种。步骤1)中，所述丙烯酰胺单体质量份数为5-15份。步骤1)中，所述无机盐的质量份数为10-75份，所述的无机盐包括氯化钠、氯化镁、氢氧化铝、硫酸钙、氯化铵、醋酸铜、硫酸铵、氢氧化铁、磷酸钙中的至少一种。步骤2、中，所述氧化还原剂的质量份数为0. 01-0. 5份，所述氧化还原剂包括过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇、异丙苯过氧化氢-氯化亚铁、硝酸铈铵-季戊四醇中的至少一对。步骤3)中，所述反应气氛为空气、氮气、氦气、氢气中的至少一种。步骤3)中，所述反应的温度为30_50°C。步骤3)中，所述反应的时间为1-4小时。步骤4)中，所述有机溶剂包括乙醚、石油醚、丙酮、乙醇、甲醇、二甲基亚砜、1， 2-二丙醇、丙三醇、1，2_ 二氯乙烷中的至少一种；所述有机溶剂的使用量为每克乳液 2-30g。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为1)本发明通过水包水乳液聚合技术，可制备出聚合分子量高的阳离子聚丙烯酰胺粉体，又不引入矿物油或表面活性剂，一方面降低了生产成本，另一方面又避免了矿物油或表面活性剂在使用中造成的二次污染。2)本发明沉淀阳离子聚丙烯酰胺粉体所用的有机溶剂便宜易得，并可蒸馏后循环利用，极大的降低了生产成本。3)通过本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺粉体质量稳定，不易降解，其储存运输过程方便简单。4)本发明通过水包水乳液聚合技术，制备出的阳离子聚丙烯酰胺粉体溶解速度快，均小于5min。
具体实施例方式下面对本发明专利做进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。实施例1在5L反应釜中，加入IOOOg水，再加入125g丙烯酰胺，67g甲基丙烯酰胺基丙基二甲基苄基氯化铵和13g丙烯酰胺基丙基苄基氯化铵，300g氯化钠和220g硫酸铵，搅拌均勻后，反应釜升温至45°C，再加入硝酸铈铵3g和季戊四醇lg。反应4小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和1500g乙醇组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径 0. 1-0. 5mm，固含量彡95%，分子量为450-550万，溶解速度彡5min。实施例2在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入125g丙烯酰胺，67g甲基丙烯酰胺基丙基二甲基苄基氯化铵和13g丙烯酰胺基丙基苄基氯化铵，IOOg氯化钠和400g硫酸铵，搅拌均勻后，反应釜升温至45°C，再加入硝酸铈铵3g和季戊四醇lg。反应3. 5小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和1500g乙醇组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0. 1-0. 5mm，固含量彡95%，分子量为450-550万，溶解速度彡5min。实施例3在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，130g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，115g氯化钠和600g硫酸铵，搅拌均勻后，反应釜升温至45°C，再加入硝酸铈铵 3g和季戊四醇lg。反应4小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2500g丙酮和1500g乙醇组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0. 1-0. 3mm,固含量> 95%，分子量为550-650 万，溶解速度< 5min。实施例4在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入136g丙烯酰胺，130g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，20g氢氧化铝和410g硫酸铵，搅拌均勻后，反应釜升温至50°C，再加入硝酸铈铵3g和季戊四醇lg。反应4小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和 1400g乙醇组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0.2-0. 6mm，固含量>95%，分子量为380-450万，溶解速度< 5min。实施例5在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入50g丙烯酰胺，20g 二甲基二烯丙基氯化铵，20g氯化镁和80g氯化铵，搅拌均勻后，反应釜升温至30°C，再加入过硫酸铵0. 05g和季戊四醇0. 05g。反应釜中充入氢气，反应1小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用MOOOg 1，2_ 二丙醇和12000g、二甲基亚砜组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C 下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0. 2-0. 4mm, 固含量彡95%，分子量为300-380万，溶解速度彡5min。实施例6在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，IOOg 二甲基二烯丙基氯化铵和IOOg丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，450g硫酸钙和300g磷酸钙，搅拌均勻后，反应釜升温至40°C，再加入过硫酸钠2g和亚硫酸氢钠3g。反应釜中充入氦气，反应2小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2200g石油醚和2000g甲醇组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0. 2-0. 4mm,固含量彡95%，分子量为550-680万，溶解速度彡5min。实施例7在IOL反应釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，80g 二甲基二烯丙基氯化铵和30g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，150g醋酸铜，250g氢氧化铁和200g磷酸钙，搅拌均勻后，反应釜升温至40°C，再加入异丙苯过氧化氢2g和氯化亚铁lg。反应釜中充入氮气， 反应3小时得到阳离子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2500g丙三醇和3000g 1，2-二氯乙烷组成的混合物溶剂沉淀出阳离子聚丙烯酰胺颗粒，45°C下干燥得到粉体，溶剂回收循环利用。所得阳离子聚丙烯酰胺粉体为白色，粒径0. 2-0. 4mm,固含量> 95%,分子量为450-580万，溶解速度彡5min。上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于包括以下步骤1)将阳离子单体、丙烯酰胺单体和无机盐解溶解在水中，配成溶液A；2)往上述溶液A中加入氧化还原剂，得到溶液B；3)溶液B进行反应，得到乳液；4)往上述乳液中加入有机溶剂，沉淀出阳离子聚丙烯酰胺粉体，将阳离子聚丙烯酰胺粉体进行干燥。
2.根据权利要求1所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤 1)中，所述水的质量份数为100份，所述的阳离子单体、丙烯酰胺单体和无机盐的总质量份数比为17-80份。
3.根据权利要求2所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤 1)中，所述阳离子单体的质量份数为2-20份，所述的阳离子单体包括丙烯酰胺基丙基苄基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基二甲基苄基氯化铵中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤 1)中，所述的丙烯酰胺单体质量份数为5-15份。
5.根据权利要求2所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤1)中，所述无机盐的质量份数为10-75份，所述的无机盐包括氯化钠、氯化镁、氢氧化铝、硫酸钙、氯化铵、醋酸铜、硫酸铵、氢氧化铁、磷酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤2)中，所述氧化还原剂的质量份数为0.01-0. 5份，所述氧化还原剂包括过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇、异丙苯过氧化氢-氯化亚铁、硝酸铈铵-季戊四醇中的至少一对。
7.根据权利要求1所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤3)中，所述反应气氛为空气、氮气、氦气、氢气中的至少一种。
8.根据权利要求9所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤 3)中，所述反应的温度为30-50°C。
9.根据权利要求10所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤3)中，所述反应的时间为1-4小时。
10.根据权利要求1所述的制备速溶阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，其特征在于步骤4)中，所述的有机溶剂包括乙醚、石油醚、丙酮、乙醇、甲醇、二甲基亚砜、1，2_二丙醇、丙三醇、1，2_ 二氯乙烷中的至少一种；所述有机溶剂的使用量为每克乳液2-30g。
全文摘要
本发明提供一种制备水溶性阳离子聚丙烯酰胺粉体的方法，属于水溶性高分子材料的制备技术领域。包括以下步骤1)将阳离子单体、丙烯酰胺单体和无机盐解溶解在水中，配成溶液A；2)往上述溶液A中加入氧化还原剂，得到溶液B；3)溶液B进行反应，得到乳液；4)往上述乳液中加入有机溶剂，沉淀出阳离子聚丙烯酰胺粉体，将阳离子聚丙烯酰胺粉体进行干燥，制得粒径0.1-0.5mm的成品，溶剂可以回收利用。所得产品完全溶解时间≤5min、储存运输方便；该方法还具有反应时间≤4h、反应温度≤50℃、制备过程只需1-2人操作、部分原料可轻易地回收利用等优点。可广泛应用于造纸、城市油田污水处理等领域。
文档编号C08F2/22GK102408576SQ20111035785
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者周细濠, 许家友, 黄佩坚 申请人:广州大学