專利名稱：制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水溶性高分子材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種制備陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法。
背景技術(shù)：
陽離子聚丙烯酰胺具有良好的吸附性、高粘性和交聯(lián)性。因其含有酰胺基、線性長鏈和離子基團從而具有分散助劑、表面涂布、建材粘結(jié)、水土保持、固體回收、污水治理、助留助濾、減壓增稠等的功能，廣泛應(yīng)用在造紙、紡織、醫(yī)藥、地質(zhì)、石油、建筑、農(nóng)業(yè)、采礦、選礦、養(yǎng)殖、航船減阻、三次采油和林業(yè)等行業(yè)。目前制備水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法有以下幾種水溶液聚合法，是將陽離子單體和丙烯酰胺單體溶于水溶液中進行聚合的方法。但此方法聚合溶液的質(zhì)量分數(shù)低，產(chǎn)物的相對分子量不高，并且在隨后的制備干粉過程中，高溫烘干和剪切作用又容易使高分子鏈降解和交聯(lián)，使得粉劑產(chǎn)品的溶解性和絮凝性變差。還有反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法以及反相懸浮聚合法，但采用這些方法制備出的產(chǎn)品含有礦物油或表面活性劑，在成本增加的同時又在實際使用中容易造成二次污染。另外還有分散聚合方法，雖然該方法的生產(chǎn)工藝簡單環(huán)保，產(chǎn)品分子量高，但得到的是乳液，在儲存、包裝和運輸上都有極大的不便。因此，人們需要一種制備水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，通過該方法制備的水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體能夠具有聚合分子量高、速溶、生產(chǎn)儲存運輸過程簡單的優(yōu)點，同時該方法還需具有綠色環(huán)保的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種制備水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，通過該方法可制備出聚合分子量高、速溶、生產(chǎn)儲存運輸過程簡單的水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體。本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，包括以下步驟1)將陽離子單體、丙烯酰胺單體和無機鹽解溶解在水中，配成溶液A ；2)往上述溶液A中加入氧化還原劑，得到溶液B ；3)溶液B進行反應(yīng)，得到乳液；4)往上述乳液中加入有機溶劑，沉淀出陽離子聚丙烯酰胺粉體，將陽離子聚丙烯酰胺粉體進行干燥。本發(fā)明還可做以下改進步驟1)中，所述水的質(zhì)量份數(shù)為100份，所述的陽離子單體、丙烯酰胺單體和無機鹽的總質(zhì)量份數(shù)為17-80份。步驟1)中，所述陽離子單體的質(zhì)量份數(shù)為2-20份，所述的陽離子單體包括丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨中的至少一種。步驟1)中，所述丙烯酰胺單體質(zhì)量份數(shù)為5-15份。步驟1)中，所述無機鹽的質(zhì)量份數(shù)為10-75份，所述的無機鹽包括氯化鈉、氯化鎂、氫氧化鋁、硫酸鈣、氯化銨、醋酸銅、硫酸銨、氫氧化鐵、磷酸鈣中的至少一種。步驟2、中，所述氧化還原劑的質(zhì)量份數(shù)為0. 01-0. 5份，所述氧化還原劑包括過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉、過硫酸銨-季戊四醇、異丙苯過氧化氫-氯化亞鐵、硝酸鈰銨-季戊四醇中的至少一對。步驟3)中，所述反應(yīng)氣氛為空氣、氮氣、氦氣、氫氣中的至少一種。步驟3)中，所述反應(yīng)的溫度為30_50°C。步驟3)中，所述反應(yīng)的時間為1-4小時。步驟4)中，所述有機溶劑包括乙醚、石油醚、丙酮、乙醇、甲醇、二甲基亞砜、1， 2-二丙醇、丙三醇、1，2_ 二氯乙烷中的至少一種；所述有機溶劑的使用量為每克乳液 2-30g。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為1)本發(fā)明通過水包水乳液聚合技術(shù)，可制備出聚合分子量高的陽離子聚丙烯酰胺粉體，又不引入礦物油或表面活性劑，一方面降低了生產(chǎn)成本，另一方面又避免了礦物油或表面活性劑在使用中造成的二次污染。2)本發(fā)明沉淀陽離子聚丙烯酰胺粉體所用的有機溶劑便宜易得，并可蒸餾后循環(huán)利用，極大的降低了生產(chǎn)成本。3)通過本發(fā)明制備的陽離子聚丙烯酰胺粉體質(zhì)量穩(wěn)定，不易降解，其儲存運輸過程方便簡單。4)本發(fā)明通過水包水乳液聚合技術(shù)，制備出的陽離子聚丙烯酰胺粉體溶解速度快，均小于5min。
具體實施例方式下面對本發(fā)明專利做進一步說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。實施例1在5L反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入125g丙烯酰胺，67g甲基丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨和13g丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨，300g氯化鈉和220g硫酸銨，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至45°C，再加入硝酸鈰銨3g和季戊四醇lg。反應(yīng)4小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和1500g乙醇組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑 0. 1-0. 5mm，固含量彡95%，分子量為450-550萬，溶解速度彡5min。實施例2在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入125g丙烯酰胺，67g甲基丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨和13g丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨，IOOg氯化鈉和400g硫酸銨，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至45°C，再加入硝酸鈰銨3g和季戊四醇lg。反應(yīng)3. 5小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和1500g乙醇組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0. 1-0. 5mm，固含量彡95%，分子量為450-550萬，溶解速度彡5min。實施例3在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，130g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，115g氯化鈉和600g硫酸銨，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至45°C，再加入硝酸鈰銨 3g和季戊四醇lg。反應(yīng)4小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2500g丙酮和1500g乙醇組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0. 1-0. 3mm,固含量> 95%，分子量為550-650 萬，溶解速度< 5min。實施例4在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入136g丙烯酰胺，130g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，20g氫氧化鋁和410g硫酸銨，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至50°C，再加入硝酸鈰銨3g和季戊四醇lg。反應(yīng)4小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2000g丙酮和 1400g乙醇組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0.2-0. 6mm，固含量>95%，分子量為380-450萬，溶解速度< 5min。實施例5在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入50g丙烯酰胺，20g 二甲基二烯丙基氯化銨，20g氯化鎂和80g氯化銨，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至30°C，再加入過硫酸銨0. 05g和季戊四醇0. 05g。反應(yīng)釜中充入氫氣，反應(yīng)1小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用MOOOg 1，2_ 二丙醇和12000g、二甲基亞砜組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C 下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0. 2-0. 4mm, 固含量彡95%，分子量為300-380萬，溶解速度彡5min。實施例6在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，IOOg 二甲基二烯丙基氯化銨和IOOg丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，450g硫酸鈣和300g磷酸鈣，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至40°C，再加入過硫酸鈉2g和亞硫酸氫鈉3g。反應(yīng)釜中充入氦氣，反應(yīng)2小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2200g石油醚和2000g甲醇組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0. 2-0. 4mm,固含量彡95%，分子量為550-680萬，溶解速度彡5min。實施例7在IOL反應(yīng)釜中，加入IOOOg水，再加入150g丙烯酰胺，80g 二甲基二烯丙基氯化銨和30g丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，150g醋酸銅，250g氫氧化鐵和200g磷酸鈣，攪拌均勻后，反應(yīng)釜升溫至40°C，再加入異丙苯過氧化氫2g和氯化亞鐵lg。反應(yīng)釜中充入氮氣， 反應(yīng)3小時得到陽離子聚丙烯酰胺乳液，乳液用2500g丙三醇和3000g 1，2-二氯乙烷組成的混合物溶劑沉淀出陽離子聚丙烯酰胺顆粒，45°C下干燥得到粉體，溶劑回收循環(huán)利用。所得陽離子聚丙烯酰胺粉體為白色，粒徑0. 2-0. 4mm,固含量> 95%,分子量為450-580萬，溶解速度彡5min。上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍，因此，依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于包括以下步驟1)將陽離子單體、丙烯酰胺單體和無機鹽解溶解在水中，配成溶液A；2)往上述溶液A中加入氧化還原劑，得到溶液B；3)溶液B進行反應(yīng)，得到乳液；4)往上述乳液中加入有機溶劑，沉淀出陽離子聚丙烯酰胺粉體，將陽離子聚丙烯酰胺粉體進行干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟 1)中，所述水的質(zhì)量份數(shù)為100份，所述的陽離子單體、丙烯酰胺單體和無機鹽的總質(zhì)量份數(shù)比為17-80份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟 1)中，所述陽離子單體的質(zhì)量份數(shù)為2-20份，所述的陽離子單體包括丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟 1)中，所述的丙烯酰胺單體質(zhì)量份數(shù)為5-15份。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟1)中，所述無機鹽的質(zhì)量份數(shù)為10-75份，所述的無機鹽包括氯化鈉、氯化鎂、氫氧化鋁、硫酸鈣、氯化銨、醋酸銅、硫酸銨、氫氧化鐵、磷酸鈣中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟2)中，所述氧化還原劑的質(zhì)量份數(shù)為0.01-0. 5份，所述氧化還原劑包括過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉、過硫酸銨-季戊四醇、異丙苯過氧化氫-氯化亞鐵、硝酸鈰銨-季戊四醇中的至少一對。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟3)中，所述反應(yīng)氣氛為空氣、氮氣、氦氣、氫氣中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟 3)中，所述反應(yīng)的溫度為30-50°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟3)中，所述反應(yīng)的時間為1-4小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備速溶陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，其特征在于步驟4)中，所述的有機溶劑包括乙醚、石油醚、丙酮、乙醇、甲醇、二甲基亞砜、1，2_二丙醇、丙三醇、1，2_ 二氯乙烷中的至少一種；所述有機溶劑的使用量為每克乳液2-30g。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備水溶性陽離子聚丙烯酰胺粉體的方法，屬于水溶性高分子材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟1)將陽離子單體、丙烯酰胺單體和無機鹽解溶解在水中，配成溶液A；2)往上述溶液A中加入氧化還原劑，得到溶液B；3)溶液B進行反應(yīng)，得到乳液；4)往上述乳液中加入有機溶劑，沉淀出陽離子聚丙烯酰胺粉體，將陽離子聚丙烯酰胺粉體進行干燥，制得粒徑0.1-0.5mm的成品，溶劑可以回收利用。所得產(chǎn)品完全溶解時間≤5min、儲存運輸方便；該方法還具有反應(yīng)時間≤4h、反應(yīng)溫度≤50℃、制備過程只需1-2人操作、部分原料可輕易地回收利用等優(yōu)點?？蓮V泛應(yīng)用于造紙、城市油田污水處理等領(lǐng)域。
文檔編號C08F2/22GK102408576SQ20111035785
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者周細濠, 許家友, 黃佩堅 申請人:廣州大學(xué)