一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将丙烯酰胺及共聚单体配制成水溶液；步骤二、向步骤一中配制的水溶液中加入链转移剂、螯合剂、胶体补强剂、光引发剂和偶氮类引发剂，混合均匀后形成聚合液：步骤三、控制步骤二中聚合液的高度，并调节其PH值，除氧后加入氧化剂溶液和还原剂溶液进行预聚反应；步骤四、步骤三中预聚反应后的预聚物放入紫外光下光照，固化后得到高浓度聚丙烯酰胺胶体。本发明专利技术通过氧化还原引发与紫外光引发相结合的分段引发聚合的方式，制备高浓度的聚丙烯酰胺胶体，该制备方法生产效率高，胶体性质稳定，固含量高，有助于在工业化生产过程中，提升生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法
本专利技术属于聚丙烯酰胺的制备领域，具体涉及一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法。
技术介绍
聚丙烯酰胺被称为“万业助剂”，具有优异的吸附、架桥和电中和能力。市场上常见的聚丙烯酰胺有乳液型、溶液型和固体型三种，其中固体型因其运输成本低、保质期长的特点，每年消耗量巨大。在固体型聚丙烯酰胺的生产过程中，一般根据分子量、离子度等特点，先要制备成固含量20-35％的胶体，再通过破碎、干燥、研磨、筛分后形成颗粒或粉末状产品，其中干燥过程往往要除去50％以上的水分。因此，固体型产品的生产效率及干燥成本仍有优化的空间。对于高分子量的聚丙烯酰胺，提升单体浓度往往会带来分子量下降、不溶物升高的问题；而对于100w以下的低分子量产品，为保证胶体的良好成型，一般要求固含量达到50％以上，丙烯酰胺聚合热高达82.8kJ/mol，当单体浓度达到25-30wt％时，若散热不好，聚合过程中的温度将超过100℃，高温使得水蒸汽及其他气体大量溢出，胶体尚未成型前急速膨胀，形成“海绵”状结构，导致胶体软而粘，通常难以实现连续化生产，因此市面上几乎没有低分子量的聚丙烯酰胺固体产品，现有技术中也没有明确的解决该问题的方法，如专利CN107119008A公开的《一种较低分子量两性聚丙烯酰胺及其制备方法》，该专利技术并未说明如何解决散热与高温带来的胶体强度差的问题，同时100w以下分子量的聚合物在80℃下保温2h后胶体粘性很大，后续的工段操作难度较大。固体型聚丙烯酰胺的生产方式一般以紫外光引发聚合的带式生产方式及氧化还原引发聚合的釜式生产方式为主，但单一的生产方式难以达到50-65wt％的单体浓度，如专利CN103073680B公开的《一种紫外光引发疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的合成方法》，其最高单体浓度也只有50wt％，且由于采用的绝热聚合体系，反应热较难移除；再比如专利CN1314720C公开的《高分子量两性高分子的制备方法》，其最高单体浓度仅40wt％，且采用的是绝热釜式聚合，制备的聚合物分子量达到了1000w以上；然而，在不解决散热问题的前提下，两种生产方式均无法有效的解决低分子量聚丙烯酰胺胶体发粘、偏软的问题。综上所述，为了应对目前固体型聚丙烯酰胺产品生产过程中出现的一些问题，亟需要进行解决。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术中固体型聚丙烯酰胺产品浓度难以提升、低分子量固体型聚丙烯酰胺胶体成型困难的技术问题，提供一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，本专利技术所述制备方案规避了高浓度聚丙烯酰胺制备过程中放热量大、易交联的风险，达到了简单、快捷、稳定生产聚丙烯酰胺固体粉末的效果。实现本专利技术的技术方案是：本专利技术所述一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将丙烯酰胺及共聚单体配制成水溶液；步骤二、向步骤一中配制的水溶液中加入链转移剂、螯合剂、胶体补强剂、光引发剂和偶氮类引发剂，混合均匀后形成聚合液：步骤三、控制步骤二中聚合液的高度，并调节其PH值，除氧后加入氧化剂溶液和还原剂溶液进行预聚反应；步骤四、步骤三中预聚反应后的预聚物放入紫外光下光照，固化后得到高浓度聚丙烯酰胺胶体。优选地，所述步骤三中聚合液进行预聚反应时，各组分所占的质量浓度如下：丙烯酰胺为25-40wt％、共聚单体为5-30wt％、链转移剂为0.01-0.1wt％、螯合剂为0.001-0.02wt％、胶体补强剂为1-7wt％、光引发剂为1-10ppm、偶氮类引发剂为5-20ppm、氧化剂溶液1-5wt％、还原剂溶液1-5wt％。优选地，所述步骤三中聚合液加入水，来调控其高度范围在4-6cm；所述聚合液的PH值调节至2-8。优选地，所述步骤三中PH值通过硫酸或氢氧化钠调节至2-8，聚合液通入氮气进行除氧，所述氧化剂溶液的质量浓度为5-20wt％，所述还原剂溶液的质量浓度为5-20wt％。优选地，所述步骤一中，丙烯酰胺及共聚单体配制成单体浓度50-65wt％的水溶液，所述单体浓度50-65wt％是由不同活性的单体组合而成，其中丙烯酰胺含量在总单体质量中的占比为50-80wt％。优选地，所述胶体补强剂包括反应型交联剂、非反应型提升固含量的小分子化合物以及非反应型提升氢键作用的极性低聚物中的一种或多种组合。优选地，所述反应型交联剂包括N、N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、多烯丙基胺中的一种或多种组合；所述小分子化合物包括尿素、氯化钠、硫酸铵、乙酰胺、己二酸铵、氯化铵中的一种或多种组合；所述极性低聚物包括分子量10000以下的聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚胺中的一种或多种组合。本专利技术的制备方法中，100w以下分子量的聚丙烯酰胺胶体，即使浓度超过50％依然偏软、粘性大，采用胶体补强剂后则可以较好地弥补这些缺陷；其中加入反应型交联剂可形成网状、支化等结构，物理缠结点增多，聚丙烯酰胺胶体整体强度提升；加入小分子化合物后，一方面可提升产品本身的固含量，胶体硬度提升，便于连续化生产，另一方面，小分子化合物的加入可促进产品的溶解；加入极性低聚物则可以提升聚丙烯酰胺胶体整体的氢键数量，氢键结合点增多，胶体内部应力大于其与设备的粘结力，便于与设备脱离，从而改善胶体的强度与粘性。优选地，所述步骤三中的预聚反应过程是在与外界有热交换的开放场所发生，其最高温度＜85℃，达到最高温度后，自然降温0.5-1h，再进入步骤四中的紫外光的光照区光照。本专利技术中的步骤三中氧化还原引发与紫外光引发之间设置了时间间隔，在氧化还原反应后，再自然降温0.5-1h，该自然降温时间给了胶体充分散热的时间，避免了紫外光在光照过程中反应温度超过85℃而引发胶体发泡形成“海绵”状结构及产生不溶物，保证胶体连续化生产和胶体的良好成型。本专利技术中通过将预聚反应过程设于与外界有热交换的开放场所发生，并调控聚合液的高度范围在4-6cm，较薄的聚合液厚度使得大部分热量能够在开放场所中及时散发出去，进一步保证反应的平稳进行，因此预聚反应的聚合过程中的温度低于85℃。优选地，所述步骤三中的预聚反应时间为1-2h，所述自然降温时间包含在预聚反应时间之中，所述预聚物在紫外光下光照0.5-2h，固化后得到分子量100w以下的高浓度聚丙烯酰胺胶体。利用上述制备方法制备的产品，制备的产品包括制备分子量≤100w的固体型分散剂、干强剂、降滤失水剂、絮凝剂、阻垢剂和增稠剂。本专利技术中单体浓度高达50-65wt％，采用一步法难以控制聚合速率及反应温度，因此采用氧化还原引发与紫外光引发的复合引发方式，其关键在于选择不同活性单体进行组合；高活性单体，比如丙烯酰胺简称AM和丙烯酸简称AA之类的，如果浓度占单体浓度90％以上，反应速率就会很快，难以控制，所以一般用AM与DMC阳离子型单体、AM与甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵简称MAPTAC之类的高活性与低活性单体组合来制备单体组合；通过调节引发温度与引发剂用量来调控反应速率；单体组合的引发温度越高，反应活化能越低，反应速率就越快，所以对于不同活性单体组合来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、将丙烯酰胺及共聚单体配制成水溶液；/n步骤二、向步骤一中配制的水溶液中加入链转移剂、螯合剂、胶体补强剂、光引发剂和偶氮类引发剂，混合均匀后形成聚合液：/n步骤三、控制步骤二中聚合液的高度，并调节其PH值，除氧后加入氧化剂溶液和还原剂溶液进行预聚反应；/n步骤四、步骤三中预聚反应后的预聚物放入紫外光下光照，固化后得到高浓度聚丙烯酰胺胶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将丙烯酰胺及共聚单体配制成水溶液；
步骤二、向步骤一中配制的水溶液中加入链转移剂、螯合剂、胶体补强剂、光引发剂和偶氮类引发剂，混合均匀后形成聚合液：
步骤三、控制步骤二中聚合液的高度，并调节其PH值，除氧后加入氧化剂溶液和还原剂溶液进行预聚反应；
步骤四、步骤三中预聚反应后的预聚物放入紫外光下光照，固化后得到高浓度聚丙烯酰胺胶体。


2.根据权利要求1所述的一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，所述步骤三中聚合液进行预聚反应时，各组分所占的质量浓度如下：丙烯酰胺为25-40wt％、共聚单体为5-30wt％、链转移剂为0.01-0.1wt％、螯合剂为0.001-0.02wt％、胶体补强剂为1-7wt％、光引发剂为1-10ppm、偶氮类引发剂为5-20ppm、氧化剂溶液1-5wt％、还原剂溶液1-5wt％。


3.根据权利要求1所述的一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，所述步骤三中聚合液加入水，来调控其高度范围在4-6cm；所述聚合液的PH值调节至2-8。


4.根据权利要求3所述的一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，所述步骤三中PH值通过硫酸或氢氧化钠调节至2-8，聚合液通入氮气进行除氧，所述氧化剂溶液的质量浓度为5-20wt％，所述还原剂溶液的质量浓度为5-20wt％。


5.根据权利要求1所述的一种高浓度聚丙烯酰胺胶体的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，丙烯酰胺及共聚单体配制成单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，夏承波，何国锋，方叔迈，谢金生，卫巧磊，
申请(专利权)人：江苏富淼科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32