超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，采用水溶液聚合的方法，將丙烯酰胺單體和陽(yáng)離子單體二甲基二烯丙基氯化銨及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺在環(huán)偶氮脒類(lèi)引發(fā)劑VA-044作用下，進(jìn)行自由基聚合，形成陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。經(jīng)過(guò)相對(duì)分子質(zhì)量和陽(yáng)離子度的測(cè)定，其相對(duì)分子質(zhì)量最高可達(dá)6.82×107。相較于現(xiàn)有的高相對(duì)分子質(zhì)量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的有益效果在于：得到較高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，且使用N，N-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，合成網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀聚丙烯酰胺；聚合過(guò)程中使用水溶液聚合法，沒(méi)有有機(jī)溶劑，不污染環(huán)境，系環(huán)境友好生產(chǎn)方法；在聚合配方中使用VA-044單一引發(fā)劑，不僅可以使單體轉(zhuǎn)化率提高，而且此類(lèi)引發(fā)劑用量少，效率高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種丙烯酰胺類(lèi)共聚物的制備方法，特別是一種超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法。
技術(shù)介紹
目前，由于丙烯酰胺聚合物生產(chǎn)成本比較高，產(chǎn)品價(jià)格高，因而影響了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的廣泛使用。作為造紙?zhí)罴觿┮约案咝跄齽┦褂玫年?yáng)離子聚丙烯酰胺除了要求相對(duì)分子量大、溶解速度快以外，還要求其合成工藝簡(jiǎn)單易操作、聚合成本價(jià)格較低等。聚丙烯酰胺的用途在很大程度上取決于丙烯酰胺系列聚合物的化學(xué)組成和相對(duì)分子質(zhì)量。例如高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺在污水處理過(guò)程中作為絮凝劑來(lái)使用，因其用量少、絮凝效果好以及沉淀過(guò)濾速度快等優(yōu)點(diǎn)，日益受到廣泛的關(guān)注；高分子量低電荷密度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在造紙中是最常用的助留劑之一。因其所帶電荷與紙漿中纖維所帶的電荷相反，可以起到很好的絮凝作用，且不受漿料值的限制，利用填料表面的負(fù)電性，用陽(yáng)離子高分子聚電解質(zhì)對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)離子化，以增加填料顆粒與紙漿纖維和細(xì)小纖維的吸附，從而提高填料的單程留著率，并減少白水中的填含量，減少流失，從而降低成本，還可以降低漿料上網(wǎng)的濃度和灰分，延長(zhǎng)成形網(wǎng)的壽命，并且紙頁(yè)的平滑度和不透明度可以得到改善。鄭懷禮，尤艷飛，鄧曉麗等(鄭懷禮，尤艷飛，鄧曉麗，鄭美珍，朱國(guó)成，相欣奕，蔣紹階.高分子量高純度陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的合成[J].Chinese?Journal?of?Environmental?Engineering，Apr.2012，.6.(4)：1075-1080)以丙烯酰胺與丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為單體，在復(fù)合引發(fā)劑的作用下，選擇水溶液共聚法來(lái)合成高分子量與高純度陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)，結(jié)果得到CPAM分子量為1.042×107，且溶解性好。孫艷萍(孫艷萍，碩士學(xué)位論文[D].大慶石油學(xué)院，2004，4)采用由氧化還原體系、偶氮化合物和輔助引發(fā)劑組成的復(fù)合引發(fā)體系，通過(guò)水溶液自由基共聚合，引發(fā)丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體反應(yīng)，制得的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量最高可達(dá)2.276×107。蘇文強(qiáng)，楊開(kāi)吉，沈靜等(蘇文強(qiáng)，楊開(kāi)吉，沈靜，章文飛.陽(yáng)離子聚丙烯酰胺/膨潤(rùn)土體系的助留助濾性能[J].Paper?and?Paper?Making，2006，Vol.25No.6：43-45)采用水溶液自由基聚合的方法制備了非離子型聚丙烯酰胺，再經(jīng)過(guò)Hofmann降解法得到陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。然后用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)Hydrocol體系的助留助濾性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明Hydrocol體系最佳配方為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的加入量0.08％，分子量403萬(wàn)，膨潤(rùn)土用量0.4％，灰分含量最大可提高0.79％，打漿度最大可降低5.13°SR，表明自制陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與膨潤(rùn)土構(gòu)成的Hydrocol體系具有較理想的助留助濾性能。張紅杰(張紅杰碩士學(xué)位論文[D]，天津科技大學(xué)，2002，12)采用復(fù)合引發(fā)體系，通過(guò)水溶液自由基聚合反應(yīng)，制備出一系列不同分子量和不同電荷密度的高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)，其助留助濾性能，隨CPAM陽(yáng)離子化度的增加而增強(qiáng)，隨CPAM相對(duì)分子量和用量的增大而增強(qiáng)；在中堿性環(huán)境中效果略好；用CPAM和膨潤(rùn)土組成的微粒助留系統(tǒng)可顯著提高漿料的留著率和濾水性能。高分子量CPAM與無(wú)機(jī)絮凝劑復(fù)配處理廢紙脫墨廢水，效果更加理想。超高分子量CPAM和聚合氯化鋁(PAC)復(fù)配處理箱板紙生產(chǎn)廢水，絮凝效果顯著。水溶液聚合是聚丙烯酰胺生產(chǎn)歷史最久的方法，該方法在生產(chǎn)中既安全又經(jīng)濟(jì)合理，至今仍是聚丙烯酰胺的主要生產(chǎn)技術(shù)。由于二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)聚合物具有高效無(wú)毒，正電荷密度高，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，所以應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展丙烯酰胺(AM)與DMDAAC的聚合研究，優(yōu)化合成工藝，尋找產(chǎn)品最佳適用條件以及與其它化學(xué)試劑配合等方面的研究，從而使開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品效果更好，成本更低，應(yīng)用更加廣泛。綜上所述，前人在制備高相對(duì)分子質(zhì)量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的研究上，采用多種引發(fā)體系，選擇不同單體進(jìn)行聚合來(lái)制備。在隨著科技的發(fā)展，文明的進(jìn)步，人們希望開(kāi)發(fā)出一種高效無(wú)毒，價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好型的高性能高質(zhì)量的丙烯酰胺類(lèi)聚合物，以滿足現(xiàn)代工業(yè)和生活的需要，促進(jìn)世界文明的發(fā)展，提高生活質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)采用水溶性偶氮化合物為引發(fā)劑，其具有如下特點(diǎn)：1.在鏈增長(zhǎng)過(guò)程中不會(huì)改變聚合體系的pH值；2.只須加入少量的水溶性偶氮引發(fā)劑，聚合反應(yīng)即可獲得接近100％的轉(zhuǎn)化率；3.水溶性偶氮化合物分解后形成以碳元素為中心的自由基，奪氫能力較弱，所得聚合物分子的支鏈較少，高分子鏈較為伸展，在水溶液中聚合物分子的流體動(dòng)力學(xué)體積較大，聚合物產(chǎn)品的增粘效果較好。本專(zhuān)利技術(shù)包括以下步驟：在裝有機(jī)械攪拌器、連接氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的四口圓底燒瓶中加入丙烯酰胺單體，將一定摩爾比的丙烯酰胺、陽(yáng)離子單體、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺用適量蒸餾水使其完全溶解。連接好裝置，將其放入恒溫水浴中，開(kāi)啟攪拌，用一定濃度NaOH溶液和HCl溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值，通入氮?dú)?0分鐘后，再加入偶氮類(lèi)引發(fā)劑，并在氮?dú)獾姆諊谐掷m(xù)攪拌，反應(yīng)完畢后取出產(chǎn)品。洗滌，烘干，粉碎即為所得陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。上述超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法中，單體水溶液中單體總的濃度為8～40％，單體的投料摩爾比丙烯酰胺單體/陽(yáng)離子單體為1/(1～10)。上述超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法中，引發(fā)劑占單體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.0001％～0.3％，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺占單體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.0001～0.01％。上述超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法中，所述反應(yīng)體系溫度應(yīng)控制在40～80℃，反應(yīng)體系的pH值應(yīng)控制在2～9，聚合時(shí)間2～10個(gè)小時(shí)。上述超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，經(jīng)過(guò)測(cè)試由此法制得的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺其相對(duì)分子質(zhì)量最高可達(dá)到6.82×107。上述超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，經(jīng)過(guò)測(cè)試由此法制得的最佳效果的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺其陽(yáng)離子度最高可以達(dá)到35.29％。上述超高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，相較于現(xiàn)有的高相對(duì)分子質(zhì)量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果在于：陽(yáng)離子聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量較高，最高可達(dá)到6.82×107；用水溶液聚合法，沒(méi)有使用有機(jī)溶劑，不污染環(huán)境，系環(huán)境友好生產(chǎn)方法；使用N，N-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，有利于合成網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚丙烯酰胺，擴(kuò)大了在造紙等工業(yè)的應(yīng)用范圍；聚合配方中使用單一引發(fā)劑，在整個(gè)聚合過(guò)程中，不僅操作簡(jiǎn)單，而且反應(yīng)溫和，引發(fā)劑用量少，效率高，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。。具體實(shí)施方式實(shí)施例1本實(shí)施例中采本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，在裝有機(jī)械攪拌器、連接氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的四口圓底燒瓶中，將一定摩爾比的丙烯酰胺、陽(yáng)離子單體、交聯(lián)劑，用適量蒸餾水使其完全溶解，恒溫水浴攪拌，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值，通入氮?dú)猓?0分鐘后，再加入所需環(huán)偶氮脒類(lèi)引發(fā)劑(VA？044)。產(chǎn)品聚合經(jīng)洗滌，烘干，粉碎后即為所得陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，其特征在于單體濃度為8～40％，優(yōu)選10～20％；引發(fā)劑濃度為0.0001％～0.3％，優(yōu)選0.005～0.1％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，在裝有機(jī)械攪拌器、連接氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的
四口圓底燒瓶中，將一定摩爾比的丙烯酰胺、陽(yáng)離子單體、交聯(lián)劑，用適量蒸餾水使其完
全溶解，恒溫水浴攪拌，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值，通入氮?dú)猓?0分鐘后，再加入所需環(huán)偶氮
脒類(lèi)引發(fā)劑(VA-044)。產(chǎn)品聚合經(jīng)洗滌，烘干，粉碎后即為所得陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，其特
征在于單體濃度為8～40％，優(yōu)選10～20％；引發(fā)劑濃度為0.0001％～0.3％，優(yōu)選0.005～0.1％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量?jī)尚跃郾０返闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟冢宏?yáng)離子單體
單體為陽(yáng)離子單體有二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化
銨(DMC)或丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽(DAC)，優(yōu)選二甲基二烯丙基氯化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法，其特征在于：?jiǎn)误w的投...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王麗英，孫俊民，張永鋒，張旭，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：