超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，采用水溶液聚合的方法，将丙烯酰胺单体和阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵及N，N-亚甲基双丙烯酰胺在环偶氮脒类引发剂VA-044作用下，进行自由基聚合，形成阳离子聚丙烯酰胺。经过相对分子质量和阳离子度的测定，其相对分子质量最高可达6.82×107。相较于现有的高相对分子质量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，本发明专利技术的有益效果在于：得到较高相对分子质量的聚合物，且使用N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，合成网状或半网状聚丙烯酰胺；聚合过程中使用水溶液聚合法，没有有机溶剂，不污染环境，系环境友好生产方法；在聚合配方中使用VA-044单一引发剂，不仅可以使单体转化率提高，而且此类引发剂用量少，效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种丙烯酰胺类共聚物的制备方法，特别是一种超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法。
技术介绍
目前，由于丙烯酰胺聚合物生产成本比较高，产品价格高，因而影响了阳离子聚丙烯酰胺的广泛使用。作为造纸填加剂以及高效絮凝剂使用的阳离子聚丙烯酰胺除了要求相对分子量大、溶解速度快以外，还要求其合成工艺简单易操作、聚合成本价格较低等。聚丙烯酰胺的用途在很大程度上取决于丙烯酰胺系列聚合物的化学组成和相对分子质量。例如高相对分子质量聚丙烯酰胺在污水处理过程中作为絮凝剂来使用，因其用量少、絮凝效果好以及沉淀过滤速度快等优点，日益受到广泛的关注；高分子量低电荷密度的阳离子聚丙烯酰胺在造纸中是最常用的助留剂之一。因其所带电荷与纸浆中纤维所带的电荷相反，可以起到很好的絮凝作用，且不受浆料值的限制，利用填料表面的负电性，用阳离子高分子聚电解质对其进行阳离子化，以增加填料颗粒与纸浆纤维和细小纤维的吸附，从而提高填料的单程留着率，并减少白水中的填含量，减少流失，从而降低成本，还可以降低浆料上网的浓度和灰分，延长成形网的寿命，并且纸页的平滑度和不透明度可以得到改善。郑怀礼，尤艳飞，邓晓丽等(郑怀礼，尤艳飞，邓晓丽，郑美珍，朱国成，相欣奕，蒋绍阶.高分子量高纯度阳离子聚丙烯酰胺的合成[J].Chinese Journal of Environmental Engineering，Apr.2012，.6.(4)：1075-1080)以丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，在复合引发剂的作用下，选择水溶液共聚法来合成高分子量与高纯度阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，结果得到CPAM分子量为1.042×107，且溶解性好。孙艳萍(孙艳萍，硕士学位论文[D].大庆石油学院，2004，4)采用由氧化还原体系、偶氮化合物和辅助引发剂组成的复合引发体系，通过水溶液自由基共聚合，引发丙烯酰胺与阳离子单体反应，制得的阳离子聚丙烯酰胺相对分子质量最高可达2.276×107。苏文强，杨开吉，沈静等(苏文强，杨开吉，沈静，章文飞.阳离子聚丙烯酰胺/膨润土体系的助留助滤性能[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备了非离子型聚丙烯酰胺，再经过Hofmann降解法得到阳离子聚丙烯酰胺。然后用正交实验对Hydrocol体系的助留助滤性能进行了研究。实验表明Hydrocol体系最佳配方为阳离子聚丙烯酰胺的加入量0.08％，分子量403万，膨润土用量0.4％，灰分含量最大可提高0.79％，打浆度最大可降低5.13°SR，表明自制阳离子聚丙烯酰胺与膨润土构成的Hydrocol体系具有较理想的助留助滤性能。张红杰(张红杰硕士学位论文[D]，天津科技大学，2002，12)采用复合引发体系，通过水溶液自由基聚合反应，制备出一系列不同分子量和不同电荷密度的高分子量阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，其助留助滤性能，随CPAM阳离子化度的增加而增强，随CPAM相对分子量和用量的增大而增强；在中碱性环境中效果略好；用CPAM和膨润土组成的微粒助留系统可显著提高浆料的留着率和滤水性能。高分子量CPAM与无机絮凝剂复配处理废纸脱墨废水，效果更加理想。超高分子量CPAM和聚合氯化铝(PAC)复配处理箱板纸生产废水，絮凝效果显著。水溶液聚合是聚丙烯酰胺生产历史最久的方法，该方法在生产中既安全又经济合理，至今仍是聚丙烯酰胺的主要生产技术。由于二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)聚合物具有高效无毒，正电荷密度高，价格低廉等特点，所以应重点开展丙烯酰胺(AM)与DMDAAC的聚合研究，优化合成工艺，寻找产品最佳适用条件以及与其它化学试剂配合等方面的研究，从而使开发的产品效果更好，成本更低，应用更加广泛。综上所述，前人在制备高相对分子质量的阳离子聚丙烯酰胺的研究上，采用多种引发体系，选择不同单体进行聚合来制备。在随着科技的发展，文明的进步，人们希望开发出一种高效无毒，价格低廉，合成工艺简单，环境友好型的高性能高质量的丙烯酰胺类聚合物，以满足现代工业和生活的需要，促进世界文明的发展，提高生活质量。
技术实现思路
本专利技术采用水溶性偶氮化合物为引发剂，其具有如下特点：1.在链增长过程中不会改变聚合体系的pH值；2.只须加入少量的水溶性偶氮引发剂，聚合反应即可获得接近100％的转化率；3.水溶性偶氮化合物分解后形成以碳元素为中心的自由基，夺氢能力较弱，所得聚合物分子的支链较少，高分子链较为伸展，在水溶液中聚合物分子的流体动力学体积较大，聚合物产品的增粘效果较好。本专利技术包括以下步骤：在装有机械搅拌器、连接氮气保护装置的四口圆底烧瓶中加入丙烯酰胺单体，将一定摩尔比的丙烯酰胺、阳离子单体、N，N-亚甲基双丙烯酰胺用适量蒸馏水使其完全溶解。连接好装置，将其放入恒温水浴中，开启搅拌，用一定浓度NaOH溶液和HCl溶液调节反应体系pH值，通入氮气30分钟后，再加入偶氮类引发剂，并在氮气的氛围中持续搅拌，反应完毕后取出产品。洗涤，烘干，粉碎即为所得阳离子聚丙烯酰胺。上述超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法中，单体水溶液中单体总的浓度为8～40％，单体的投料摩尔比丙烯酰胺单体/阳离子单体为1/(1～10)。上述超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法中，引发剂占单体的质量百分数为0.0001％～0.3％，N，N-亚甲基双丙烯酰胺占单体的质量百分数为0.0001～0.01％。上述超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法中，所述反应体系温度应控制在40～80℃，反应体系的pH值应控制在2～9，聚合时间2～10个小时。上述超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，经过测试由此法制得的阳离子聚丙烯酰胺其相对分子质量最高可达到6.82×107。上述超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，经过测试由此法制得的最佳效果的阳离子聚丙烯酰胺其阳离子度最高可以达到35.29％。上述超高分子量聚丙烯酰胺的制备方法，相较于现有的高相对分子质量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，本专利技术的有益效果在于：阳离子聚丙烯酰胺相对分子质量较高，最高可达到6.82×107；用水溶液聚合法，没有使用有机溶剂，不污染环境，系环境友好生产方法；使用N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，有利于合成网状或半网状结构聚丙烯酰胺，扩大了在造纸等工业的应用范围；聚合配方中使用单一引发剂，在整个聚合过程中，不仅操作简单，而且反应温和，引发剂用量少，效率高，具有巨大的经济效益。。具体实施方式实施例1本实施例中采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，在装有机械搅拌器、连接氮气保护装置的四口圆底烧瓶中，将一定摩尔比的丙烯酰胺、阳离子单体、交联剂，用适量蒸馏水使其完全溶解，恒温水浴搅拌，调节反应体系pH值，通入氮气，30分钟后，再加入所需环偶氮脒类引发剂(VA？044)。产品聚合经洗涤，烘干，粉碎后即为所得阳离子聚丙烯酰胺，其特征在于单体浓度为8～40％，优选10～20％；引发剂浓度为0.0001％～0.3％，优选0.005～0.1％。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，在装有机械搅拌器、连接氮气保护装置的
四口圆底烧瓶中，将一定摩尔比的丙烯酰胺、阳离子单体、交联剂，用适量蒸馏水使其完
全溶解，恒温水浴搅拌，调节反应体系pH值，通入氮气，30分钟后，再加入所需环偶氮
脒类引发剂(VA-044)。产品聚合经洗涤，烘干，粉碎后即为所得阳离子聚丙烯酰胺，其特
征在于单体浓度为8～40％，优选10～20％；引发剂浓度为0.0001％～0.3％，优选0.005～0.1％。
2.根据权利要求1所述的超高分子量两性聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：阳离子单体
单体为阳离子单体有二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化
铵(DMC)或丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐(DAC)，优选二甲基二烯丙基氯化铵。
3.根据权利要求1所述的超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：单体的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽英，孙俊民，张永锋，张旭，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：