书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 9

一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法.pdf

  • 上传人:王**
  • 文档编号:9173740
  • 上传时间:2021-02-13
  • 格式:PDF
  • 页数:9
  • 大小:567.93KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201210097234.3

    申请日:

    20120405

    公开号:

    CN102627725B

    公开日:

    20140319

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C08F220/56,C08F220/34,C08F226/10

    主分类号:

    C08F220/56,C08F220/34,C08F226/10

    申请人:

    西北师范大学

    发明人:

    张哲,王同俊,李鸿洲,姚进如

    地址:

    730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东路967号

    优先权:

    CN201210097234A

    专利代理机构:

    甘肃省知识产权事务中心

    代理人:

    李琪

    PDF完整版下载: PDF下载
    内容摘要

    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。

    权利要求书

    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℃~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。 2.如权利要求1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10:1:1~5:1:1。 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9%~18%。 4.如权利要求1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1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1.0:8.0~1.0:5.0。 7.如权利要求1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0.2%~0.5%。 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1:1~1:1.5。 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20000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%。

    说明书

    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。

    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。

    附图说明

    图1为聚丙烯酰胺的红外光谱图。

    具体实施方式

    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30~50℃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9%~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1.0:8.0~1.0:5.0。

    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。

    1、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 /(m0×m1 /m) ×100%

    式中:m为聚合物的总质量;m0为聚合物单体的质量;m1为用于提取的聚合物的产品的总质量;m2为从质量为m1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℃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±0.05℃,1mol·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。

    η=3.73×10-4Mη0.66

    式中:η表示特性粘度(dL/g),Mη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℃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=(m2-m0)/m1 ×100%

    式中:m0表示坩埚的质量,m1表示试样的质量,m2表示干燥后坩埚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+(m-CVM1) /M2}×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。

    1、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1所示。

    表1  丙烯酰胺含量对丙烯酰胺分散聚合的影响

    条件:引发剂0.2%,m(叔丁醇):m(水)=0.14:1,硫酸铵25%,反应时间8~12h。

    2、分散介质对AM分散聚合的影响

    通过实验不难发现,当硫酸铵的质量分数小于22%时,在聚合过程中体系黏度会很大,硫酸胺也起不到降低体系黏度的作用,体系最终成胶状物从而使反应终止;当硫酸铵质量分数高于30%时,盐析效应增强,体系的稳定性降低,反应过程中会出现分层现象。因此,硫酸铵的浓度控制在22%~30%为宜。

    叔丁醇(TBA)用量对聚合反应的影响,当m(TBA)/m(H2O)小于0.12时,均得不到降粘的作用,或大于0.20时,分散不均匀;故其最佳用量范围为m(TBA)/m(H2O)=0.12~0.20。

    3、分散剂用量对聚合反应的影响

    分散剂对反应的影响表现在于,随着分散剂添加量的增加,PAM相对分子质量先增加而后减小。这是由于分散剂的浓度越高,形成的核就会越多,比表面积就会越大,吸附能力增强,在固相中的反应比例越大,可以得到相对分子质量较高的聚合物。而当分散剂用量过多时,使得体系的黏度增大,阻碍了单体向固相的扩散,使得平均相对分子质量降低。分散剂用量对聚合反应有很大的影响,分散剂的最佳用量为单体质量的9~11%左右。

    4、引发剂对聚合反应的影响

    引发剂对反应的影响表现在于:当引发剂用量较少时,反应难以引发或反应太慢,因而在一定的时间内很难得到高分子量的聚合物;而当引发剂的加入量太多时,在短时间内会产生大量的自由基,自由基的浓度变得过大,聚合反应过快,体系在短时间内产生的热量不能散发,会使体系温度剧升,聚合物的分子量降低。本实验采用过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化还原引发剂引发,过硫酸铵/亚硫酸氢钠具有引发温度低,引发速率快,诱导期较短的特点。

    5、聚合产物的红外光谱图

    如图1所示:3137.08cm-1,为伯酰胺的N-H伸缩振动峰。1631.80cm-1为C=O的对称伸缩振动;1400.65cm-1出的尖吸收峰为阳离子单体中—CH2—N+亚甲基的弯曲吸收峰;1114.56cm-1为DMC中酯基上的C—O单键特征吸收峰。在1660-1670cm-1(C=C)处没有出现波峰,表明丙烯酰胺聚合较完全。

    上述实验结果进行综合分析:本发明涉及一种水分散型阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法,该方法以该方法以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质,以丙烯酰胺(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PEG (20000)与聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂,进行分散聚合,得到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。

    分散剂的制备:在带有冷凝管、温度计和搅拌器的三颈瓶中,加入一定量的DMC和去离子水,通氮气约30min后升温至反应温度,加入一定量的引发剂,在该温度下反应6h,即可得到分散剂PDMC。

    实施例1

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入11.5g AM、2.5g质量分数为72%的DMC水溶液、1.5g 99%的NVP溶液、34.0g硫酸铵、1.0g PEG (20000)、一定量的PDMC分散剂,9.8g叔丁醇、75g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置两个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.5%。

    阳离子度:阳离子度为11.5%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为300万。

    实施例2

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入11.3g AM、2.6g质量分数为72%的DMC水溶液、2.0g 99%的NVP溶液、33.6g硫酸铵、2.0g PEG (20000)、一定量的PDMC分散剂、9.5g叔丁醇、73.8g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置两个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.7%。

    阳离子度:阳离子度为12%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为330万。

    实施例3

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入10.0g AM、2.6g质量分数为72%的DMC水溶液、1.5g 99%的NVP溶液、33.0g硫酸铵、1.5g PEG (20000)、一定量的PDMC分散剂、9.0g叔丁醇、73.5g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置半个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.8%。

    阳离子度:阳离子度为14%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为345万。

    实施例4

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入11.0g AM、2.5g质量分数为72%的DMC水溶液、1.6g 99%的NVP溶液、35.0g硫酸铵、1.5g PEG(20000)、一定量的PDMC分散剂、10.0g叔丁醇、76.5g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置两个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.8%。

    阳离子度:阳离子度为12%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为320万。

    实施例5

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入12.0g AM、2.6g质量分数为72%的DMC水溶液、2.2g 99%的NVP溶液、35.0g硫酸铵、1.5g PEG(20000)、一定量的PDMC分散剂、11.0g叔丁醇、78.0g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置两个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.9%。

    阳离子度:阳离子度为11%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为280万。

    实施例6

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入13.0g AM、2.6g质量分数为72%的DMC水溶液、2.4g 99%的NVP溶液、35.0g硫酸铵、1.1g PEG(20000)、一定量的PDMC分散剂、12.0g叔丁醇、80.0g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置两个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.8%。

    阳离子度:阳离子度为12%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为320万。

    实施例7

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入13.0g AM、2.9g质量分数为72%的DMC水溶液、2.5g 99%的NVP溶液、35.0g硫酸铵、1.0g PEG(20000)、一定量的PDMC分散剂、14.0g叔丁醇、80.0g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置半个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.7%。

    阳离子度:阳离子度为12%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为350万。

    实施例8

    在安装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的500mL四口烧瓶中,加入12.0g AM、3.0g质量分数为72%的DMC水溶液、1.7g 99%的NVP溶液、35.0g硫酸铵、1.0g PEG(20000)、一定量的PDMC分散剂、14.0g叔丁醇、80.0g去离子水及各种助剂,通氮气除氧0.5h, 调解搅拌速率,温度调为30℃,加入一定量过硫酸铵和亚硫酸氢钠,当有白色乳状物开始生成时,将温度逐步调到50℃为止,反应时间为8~12 h,得到聚丙烯酰胺乳液。

    PAM水分散体的性能指标如下:

    稳定性的测试:放置一个月乳液稳定,不分层。

    单体转化率:单体转化率为99.6%。

    阳离子度:阳离子度为13.5%

    相对分子质量:PAM的平均相对分子量为300万。

    关 键  词:
    一种 阳离子 聚丙烯酰胺 乳液 合成 方法
      专利查询网所有文档均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法.pdf
    链接地址:https://www.zhuanlichaxun.net/p-9173740.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1