專利名稱：光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶液光催化制備高分子聚合物的方法，具體涉及一種光催化制備高 分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法。 '
背景技術(shù)：
由于陽離子聚丙烯酰胺具有特異的優(yōu)越性能，對(duì)它的研究與開發(fā)正在不斷擴(kuò)大和深 入。目前，我國的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的品種單一，除了聚丙烯酰胺經(jīng)Mannish反應(yīng) 制備的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑外，能真正工業(yè)化并具有工業(yè)潛力的水溶性陽離子聚丙烯 酰胺絮凝劑幾乎沒有。而由Mannish反應(yīng)制備的陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑中存在著一定量 的殘余丙烯酰胺，這樣就不可避免地帶來了一些毒性，使其應(yīng)用受到限制，特別是在生活 用水的處理上。目前在陽離子聚丙烯酰胺的工業(yè)生產(chǎn)中，水溶液熱聚合工藝還是應(yīng)用較多， 但是用熱引發(fā)水溶液聚合難以獲得高陽離子度和高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，且工藝生 產(chǎn)過程復(fù)雜，污染大。水溶液光催化聚合法與傳統(tǒng)的氧化還原引發(fā)體系的熱聚合工藝相比， 紫外光引發(fā)聚合技術(shù)合成的陽離子聚丙烯酰胺質(zhì)量高、可溶性好、成本低、無污染，且易 于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述不足之處提供一種以丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨 為單體，采用光催化方法制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
將丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨按單體重量比1 3: 3 1混合，加入去離子水 使總單體濃度達(dá)到15% 35% (g/g);加入過硫酸鹽作為光催化引發(fā)劑，用量為總單體質(zhì)
量的0.01% 1% (g/g);攪拌均勻，注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通氮除氧；紫外光 照5分鐘~5小時(shí)，紫外燈功率為10 30000W。采用該方法進(jìn)行反應(yīng)得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量大于500萬，固含量為15% 30% (g/g)，陽離子度為12% 30% (mol/mo1)。
上述丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨加入去離子水使總單體濃度為15% 35% (g/g)，優(yōu)選20%。
本發(fā)明中所使用的引發(fā)劑過硫酸鹽，包括過硫酸鈉、過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種， 其用量為單體總質(zhì)量的0.01% 1% (g/g)，優(yōu)選0.1%。
本發(fā)明中采用的紫外燈功率為10 30000W，照射時(shí)間為5分鐘 5小時(shí)，優(yōu)選功率為 300W，優(yōu)選時(shí)間為100分鐘。
本發(fā)明所用材料均為市售，可直接購買。
本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)由于光催化聚合反應(yīng)的特點(diǎn)(1)聚合反應(yīng)所需的活化能 低，因此它可以在很大的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，特別是易于進(jìn)行低溫聚合，這比由化學(xué)引發(fā)聚 合優(yōu)越得多；(2)光催化聚合鏈反應(yīng)是吸收一個(gè)光子導(dǎo)致大量單體分子聚合為大分子的過 程，從這個(gè)意義上講，光催化聚合是一種量子效率很高的光反應(yīng)，因而具有很大的實(shí)用價(jià) 值；(3)光催化聚合速度在一定條件下主要取決于光引發(fā)劑的種類和濃度及光照強(qiáng)度等， 所以聚合速度較易控制；(4)由于僅使用微量的光引發(fā)劑，因而可獲得高純度的陽離子聚 丙烯酰胺；(5)光催化聚合法的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，過程穩(wěn)定，環(huán)保節(jié)能，投資少，是最有前 景的合成工藝，解決了傳統(tǒng)方法制備陽離子聚丙烯酰胺耗能高、引發(fā)劑用量大、產(chǎn)品純度 不高及工藝復(fù)雜等問題，具有非常好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明制備的陽離子聚丙烯酰胺的特點(diǎn)是(1)采用的光引發(fā)劑種類少，僅為過硫酸 鹽，得到的陽離子聚丙烯酰胺的純度高達(dá)99%; (2)采用的光引發(fā)劑用量少，占單體總量 的0.01%~1%，優(yōu)選0.1%; (3)無需采用絡(luò)合劑和鏈調(diào)節(jié)劑等化合物，無需捏合處理、控 制溫度和pH值范圍，主要是討論單體配比、光照時(shí)間和引發(fā)劑用量這幾個(gè)影響因素，大 大降低了成本簡(jiǎn)化了工藝，并且所得陽離子聚丙烯酰胺的陽離子度能達(dá)到12% 30%，固 含量達(dá)15% 30%，分子量大于500萬，質(zhì)量穩(wěn)定。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
將17.06g丙烯酰胺和21.65g 二甲基二烯丙基氯化銨水溶液(質(zhì)量百分含量為60%) 混合，加入141.2g去離子水；加入0.03g過硫酸鈉作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量的0.1%，攪拌均勻；將以上混合物注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通入氮?dú)獬?，?后用300W的汞紫外燈照射，控制照射時(shí)間在100分鐘，得到的陽離子聚丙烯酰胺的固含 量為23.77%,陽離子度為20.46%,分子量為622萬。 實(shí)施例2:
將6.40g丙烯酰胺和8.08g 二甲基二烯丙基氯化銨水溶液(質(zhì)量百分含量為60%)混 合，加入41.77g去離子水；加入0.0057g過硫酸銨作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量 的0.05%，攪拌均勻；將以上混合物注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉；通入氮?dú)獬?，?后用3000W的汞紫外燈照射，控制照射時(shí)間在20分鐘，得到的陽離子聚丙烯酰胺的固含 量為29.61%，陽離子度為13.58%，分子量為636.8萬。
實(shí)施例3:
將6.40g丙烯酰胺和15.08g二甲基二烯丙基氯化銨水溶液(質(zhì)量百分含量為60%)混 合，加入55.76g去離子水；加入0.1545g過硫酸銨作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量 的1%，攪拌均勻；將以上混合物注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通入氮?dú)獬?，然?用50W的汞紫外燈照射，控制照射時(shí)間在240分鐘，得到的陽離子聚丙烯酰胺的固含量為 21.76%，陽離子度為15.88%，分子量為620萬。
實(shí)施例4:
將6.40g丙烯酰胺和15.08g二甲基二烯丙基氯化銨水溶液(質(zhì)量百分含量為60%)混 合，加入71.21g去離子水；加入0.1545g過硫酸鉀作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量 的1%,攪拌均勻；將以上混合物注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通入氮?dú)獬酰缓?用30000W的汞紫外燈照射，控制照射時(shí)間在5分鐘，得到的陽離子聚丙烯酰胺的固含量 為18.94%，陽離子度為13.67%,分子量為503萬。
實(shí)施例5:
將6.40g丙烯酰胺和4.43g二甲基二烯丙基氯化銨水溶液(質(zhì)量百分含量為60%)混 合，加入41.77g去離子水；加入0.0453g過硫酸銨作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量 的0.5%，攪袢均勻；將以上混合物注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通入氮?dú)獬酰?后用IOOOOW的汞紫外燈照射，控制照射時(shí)間在IO分鐘，得到的陽離子聚丙烯酰胺的固含 量為19.88%，陽離子度為14.28%,分子量為518萬。
權(quán)利要求
1. 一種光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于將丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨按重量比1～3∶3～1混合，加入去離子水使總單體濃度達(dá)到15％～35％；加入過硫酸鹽作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量的0.01％～1％，攪拌均勻，注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通氮除氧；紫外光照時(shí)間為5分鐘～5小時(shí)，紫外燈功率為10W～30000W。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于采 用該方法反應(yīng)得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量大于500萬，固含量為15% 30%，陽離 子度為12% 30%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的過硫酸鹽用量為單體總質(zhì)量的0.1%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于向 丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨中加入去離子水使總單體濃度達(dá)20%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所 述的紫外燈功率為300W，光照時(shí)間為100分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化制備高分子量陽離子聚丙烯酰胺的方法，將丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨按單體重量比1～3∶3～1混合，加入去離子水使總單體濃度達(dá)到15％～35％；加入過硫酸鹽作為光催化引發(fā)劑，用量為單體總質(zhì)量的0.01％～1％，攪勻，注入到紫外光反應(yīng)裝置中，密閉，通氮除氧；紫外光照5分鐘～5小時(shí)，紫外燈功率10W～30000W；反應(yīng)所得陽離子聚丙烯酰胺的分子量大于500萬，固含量15％～30％，陽離子度12％～30％。本方法工藝簡(jiǎn)單易于操作，過程穩(wěn)定，環(huán)保節(jié)能，投資少，所得產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩(wěn)定，具有非常好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08F220/56GK101298489SQ20081002495
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者周林軍, 常聞捷, 張之翼, 湯俊梅, 陳國松, 黃招霞 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)