专利名称：一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法
技术领域：
本发明属于化学合成技术领域，涉及一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法。
背景技术：
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种线性水溶性高分子，有很广泛的用途，包括用作 处理污水的絮凝剂、污泥脱水剂、纸张增强剂，还用于开采石油及矿冶等领域。CPAM的合成方法国内主要采用凝胶聚合法，但是这种方法有着很明显的缺点，即使用时溶解速度慢，制造颗粒状产品时干燥费用高及胶液黏度大。而反向悬浮聚合及反向微乳液聚合的产品，其体系内含有有机溶剂，使用时会对环境造成二次污染。用分散聚合法可以合成无污染、性价比低的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，但聚合过程中粘度大、难搅拌。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高效率、高产率、流动性及稳定性较好的聚丙烯酰胺乳液的合成方法。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、及N-乙烯基吡咯烷酮、为原料，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂，以聚乙二醇与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为稳定剂，在氮气保护下，温度为300C 50°C下进行分散聚合，反应时间为8小时 12小时，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。本发明的有益效果是，所得水分散型阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)乳液阳离子度和乳液固含量较高，对污水的净化效果较好，对环境污染小，是一种环保型高分子絮凝剂。
图I为聚丙烯酰胺的红外光谱图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明聚丙烯酰胺乳液的合成方法，是以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质，以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为原料，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂，以聚乙二醇(20000)与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂，在氮气保护、温度为3(T50°C的条件下进行分散聚合，反应时间为8 12小时，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。单体丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的质量比为10:1:1 5:1:1。单体丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与N-乙烯基吡咯烷酮的质量分数为9% 18%。单体丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与N-乙烯基吡咯烷酮中，甲基并烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量分数为99^18%。叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合体系中，硫酸铵的质量分数为22% 30%。叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合体系中，叔丁醇与去离子水的质量比为I. 0:8. 0 I. 0:5. O。
引发剂的用量为丙烯酰胺单体质量的0. 2% 0. 5%。引发剂中过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1:1 1:1. 5。分散剂聚乙二醇(20000)与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)在体系中的总的质量分数为1% 3. 5%。本发明采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的聚合物(PDMC)和聚乙二醇(20000)为分散剂，能使聚合物更稳定的存在于分散体系中，大大提高了分散体系的稳定性。下面通过实验对本发明合成的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)乳液的性能进行分析。I、乳液稳定性测试
测试方法取一定量的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)乳液装入烧杯中，然后密封烧杯口，放置于阴凉干燥处保存，观察其稳定性。结果放置两个月乳液较稳定，两个月后乳液出现分层现象，有凝胶出现。2、单体转化率测定
测定方法由于丙烯酰胺单体能溶于丙酮和乙醇的混合溶剂，而聚丙烯酰胺(PAM)不溶于丙酮和乙醇的混合溶剂，故用丙酮和乙醇的混合溶剂对聚丙烯酰胺洗涤数次，从而可以分离出聚丙烯酰胺(PAM)，烘干后称重，根据下式，就可以算出丙烯酰胺单体的转化率。转化率=m2/ (In0Xm1 /m) X 100%
式中m为聚合物的总质量1 为聚合物单体的质量；mi为用于提取的聚合物的产品的总质量;m2为从质量为Hi1的产品中提取出来的聚丙烯酰胺(PAM)的质量。测定结果反应过程中丙烯酰胺单体的转化率大于99. 4%。3、平均相对分子量的测定
先用体积比为1:1的乙醇和水配成的混合物洗涤聚丙烯酰胺乳液数次，然后在40°C下真空干燥，得到的聚丙烯酰胺(PAM)为白色固体。研成粉末，按照GB12005. 1_89，用一点法在30±0. 050C，Imol L—1的NaNO3水溶液条件下，用乌氏粘度计测定其特性粘度，根据下式计算分子量。n=3. 73 X IO^4Mn0 66
式中n表示特性粘度(dL/g)，Mn表示聚合物的相对粘均分子量。测定结果聚丙烯酰胺(PAM)的平均相对分子量为270 350万。4、聚丙烯酰胺(PAM)乳液固含量的测定
测定方法将一定量的试样装入坩埚中，放入烘箱里在60°C下烘干，直到其质量不再减小为止，冷却后进行称重，通过下式就可以算出乳液的固含量。S= (In2Hci)/In1 X 100%
式中1 表不i甘祸的质量,IH1表不试样的质量，m2表不干燥后i甘祸和干燥后聚合物的总质量。测定结果聚丙烯酰胺(PAM)乳液的固含量为9 18%。5、聚丙烯酰胺(PAM)乳液阳离子度的测定
测定方法准确称取适量干燥后的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)溶解于250mL锥形瓶中，然后加入5滴铬酸钾(质量分数为5%)指示剂，用硝酸银(0. 05moL/L)的标准溶液滴定至出现砖红色，即为终点。阳离子度=CV/{ CV+(Iii-CVM1) /M2} X 100%
式中c为硝酸银标准溶液的浓度，V为式样中硝酸银标准溶液的体积，m为式样质量(g)，M1和M2分别为阳离子聚丙烯酰胺和丙烯酰胺的相对分子量。测定结果阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)乳液的阳离子度为9 18%。下面就本发明各工艺参数对反应过程及聚丙烯酰胺(PAM)乳液各项性能影响进行分析说明。I、单体浓度对聚合物相对分子质量的影响
丙烯酰胺(AM)的含量对PAM分子量的影响，随着反应体系中AM含量的增加PAM分子量会出现先增大后减小的现象。反应初期，由于单体浓度高，形成的粒子数量多，单体在所有粒子中所占的比重较大，这种情况有利于聚合物链的增长，形成的聚合物分子量较大。当单体含量过高时，聚合过程中链的增长过快，而聚合物难以在很短的时间内吸附到足够的分散剂，从而形成胶体从体系中析出；并且这些不稳定的低聚物自由基很容易发生单基或者双基终止反应，形成分子质量较低的聚合物。丙烯酰胺含量对丙烯酰胺分散聚合的影响如表I所示。表I丙烯酰胺含量对丙烯酰胺分散聚合的影响
权利要求
1.一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、及N-乙烯基吡咯烷酮为原料，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂，以聚乙二醇20000与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为稳定剂，在氮气保护下，温度为30°C 50°C下进行分散聚合，反应时间为8小时 12小时，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。
2.如权利要求I所述的合成方法，其特征在于，所述单体丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵及N-乙烯基吡咯烷酮的质量比为10:1:1 5:1: I。
3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述单体丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与N-乙烯基吡咯烷酮的质量分数为99Γ18%。
4.如权利要求I所述的合成方法，其特征在于，所述单体丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与N-乙烯基吡咯烷酮中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量分数为9% 18%。
5.如权利要求I所述的合成方法，其特征在于，所述叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合体系中,硫酸铵的质量分数为22% 30%。
6.如权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合体系中，叔丁醇与去离子水的质量比为I. 0:8. O I. 0:5. O。
7.如权利要求I所述的合成方法，其特征在于，所述引发剂的总用量为丙烯酰胺单体质量的O. 2% O. 5%ο
8.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述引发剂中过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为I: I I: I. 5。
9.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述分散剂聚乙二醇200000与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在体系中的总的质量分数为1% 3. 5%。
全文摘要
本发明公开了一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、及N-乙烯基吡咯烷酮、为原料，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂，以聚乙二醇与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为稳定剂，在氮气保护下，温度为30℃~50℃下进行分散聚合，反应时间为8小时～12小时，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。该方法能合成流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液，其平均相对分子质量为270~350万，单体转化率达到99.4%以上。
文档编号C08F220/56GK102627725SQ20121009723
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者姚进如, 李鸿洲, 王同俊 申请人:西北师范大学