本發(fā)明屬于水溶性高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯酰胺（PAM）是一種線狀有機(jī)高分子聚合物，同時(shí)也是一種高分子水處理絮凝劑產(chǎn)品。因其具有良好的絮凝效果，PAM作為水處理的絮凝劑并且被廣泛用于污水處理。按離子特性可分為非離子（NPAM）、陰離子（APAM）、陽(yáng)離子（CPAM）和兩性型四種類型。
陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）是其分子鏈上既具有化學(xué)活性的酰胺基團(tuán)，又有帶負(fù)電荷的羧酸基官能團(tuán)，比如：羧酸負(fù)離子（-COO-）、磺酸負(fù)離子（-SO3-）、硫酸酯負(fù)離子（-OSO3-）等，這些基團(tuán)的活潑性使其具有在實(shí)際應(yīng)用中降低用量、減少成本、使用效果更佳等特點(diǎn)；可廣泛應(yīng)用在采油、選礦、洗煤、冶金、化工、造紙、環(huán)保、水處理工程等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。
目前，國(guó)內(nèi)有機(jī)高分子絮凝劑已經(jīng)具有了相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，但整體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)出的有機(jī)高分子絮凝劑存在著產(chǎn)品數(shù)量少、質(zhì)量不夠高、系列化水平低等問(wèn)題，尤其是陰離子型絮凝劑，遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需要。傳統(tǒng)的陰離子型聚丙烯酰胺的合成往往需要用到大量有機(jī)溶劑和表面活性劑，不僅增加了合成成本，而且可能存在二次污染和影響產(chǎn)品性能發(fā)揮等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺，其具有合成方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)品水溶性好、綠色環(huán)保和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還提供了一種上述三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺，其由單體水溶液、以及占單體水溶液重量0.05%－0.1%的尿素、0.05%－0.15%的抗壞血酸、0.1%－1.0%的乙二胺四乙酸二鈉、0.2%－0.5%的氧化還原劑、1%－5%的偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽和1%－2%的間二苯酚制成；其中，所述單體水溶液包括下述重量百分比的原料：甲基丙烯酰胺15%－25%、順丁烯二酸5%－10%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1%－2%，蒸餾水60%－75%。
上述配方中，甲基丙烯酰胺為非離子單體，順丁烯二酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為陰離子單體，尿素和抗壞血酸用作助溶劑，乙二胺四乙酸二鈉用作絡(luò)合劑，偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽為引發(fā)劑，間二苯酚為阻聚劑。
具體的，所述氧化還原劑是由質(zhì)量比1：1－2的過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉組成的混合物。
上述三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺的制備方法，其包括如下步驟：
1）按比例取甲基丙烯酰胺、順丁烯二酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，加入蒸餾水中攪拌至完全溶解，獲得質(zhì)量濃度為25%－40%的單體水溶液；
2）向單體水溶液中加入尿素、抗壞血酸和乙二胺四乙酸二鈉，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，通入高純氮?dú)饣蚨栊詺怏w10－30min；
3）向步驟2）所得產(chǎn)物中加入氧化還原劑和偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，繼續(xù)通入高純氮?dú)饣蚨栊詺怏w5－10min后密封；
4）將聚四氟乙烯反應(yīng)釜放入烘箱中于40±10℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，根據(jù)單體濃度不同，聚合反應(yīng)時(shí)間為3－5h，反應(yīng)結(jié)束后取出，加入間二苯酚，自然降溫至室溫，得到透明膠狀聚合物，即為三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺；
5）后續(xù)加工：將步驟4）所得三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得陰離子型聚丙烯酰胺白色固體粉末產(chǎn)品。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、反應(yīng)液配置簡(jiǎn)便，反應(yīng)溫度低，不需要通過(guò)紫外光照射促進(jìn)反應(yīng)，簡(jiǎn)化了生成工藝，降低能耗，減少了生成成本；
2、綠色環(huán)保無(wú)二次污染、合成成本低，合成過(guò)程中采用水作為溶劑，避免了采用有機(jī)溶劑或表面活性劑可能造成的環(huán)境污染；
3、水溶性好，使用時(shí)將產(chǎn)品放在水中攪拌即可溶解；
4、用途廣泛，可用在采油、選礦、洗煤、冶金、化工、造紙、環(huán)保、水處理工程等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所提供的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺，采用如下步驟制備而成：
1）按比例稱取非離子單體甲基丙烯酰胺15g，陰離子單體順丁烯二酸9g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1g，加入75g的蒸餾水，攪拌均勻至完全溶解，即配制出總單體質(zhì)量濃度為25%的單體水溶液；
2）向單體水溶液中加入0.05g尿素和0.1g抗壞血酸用作助溶劑、0.5g絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，通入高純氮?dú)?5min；
3）向步驟2）所得產(chǎn)物中加入0.3g的氧化還原劑（其中氧化劑、還原劑分別為過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉，質(zhì)量比為1:1）和2g的引發(fā)劑偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，繼續(xù)通入高純氮?dú)?min后密封；
4）將聚四氟乙烯反應(yīng)釜放入烘箱中于40℃聚合反應(yīng)3h。然后從烘箱中取出，加入1g的阻聚劑間二苯酚，自然降溫至室溫，得到透明膠狀聚合物，即為三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺；
5）后續(xù)加工：將步驟4）所得三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得陰離子型聚丙烯酰胺白色固體粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所提供的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺，采用如下步驟制備而成：
1）按比例稱取非離子單體甲基丙烯酰胺20g，陰離子單體順丁烯二酸8g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2g，加入70g的蒸餾水，攪拌均勻至完全溶解，即配制出總單體質(zhì)量濃度為30%的單體水溶液；
2）向單體水溶液中加入0.08g尿素和0.15g抗壞血酸用作助溶劑、0.5g絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，通入高純氮?dú)?0min；
3）向步驟2）所得產(chǎn)物中加入0.4g的氧化還原劑（其中氧化劑、還原劑分別為過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉，質(zhì)量比為1: 2）和3g的引發(fā)劑偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，繼續(xù)通入高純氮?dú)?0min后密封；
4）將聚四氟乙烯反應(yīng)釜放入烘箱中于40℃聚合反應(yīng)4h，然后從烘箱中取出，加入2g的阻聚劑間二苯酚，自然降溫至室溫，得到透明膠狀聚合物，即為三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺；
5）后續(xù)加工：將步驟4）所得三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得陰離子型聚丙烯酰胺白色固體粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所提供的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺，采用如下步驟制備而成：
1）按比例稱取非離子單體甲基丙烯酰胺23g，陰離子單體順丁烯二酸10g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2g，加入65g的蒸餾水，攪拌均勻至完全溶解，即配制出總單體質(zhì)量濃度為35%的單體水溶液；
2）向單體水溶液中加入0.1g尿素和0.1g抗壞血酸用作助溶劑、1.0g絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，通入高純氮?dú)?0min；
3）向步驟2）所得產(chǎn)物中加入0.5g的氧化還原劑（其中氧化劑、還原劑分別為過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉，質(zhì)量比為1:1）和5g的引發(fā)劑偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，繼續(xù)通入高純氮?dú)?0min后密封；
4）將聚四氟乙烯反應(yīng)釜放入烘箱中于40℃聚合反應(yīng)5h。然后從烘箱中取出，加入2g的阻聚劑間二苯酚，自然降溫至室溫，得到透明膠狀聚合物，即為三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺；
5）后續(xù)加工：將步驟4）所得三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得陰離子型聚丙烯酰胺白色固體粉末產(chǎn)品。
溶解度檢測(cè)
對(duì)實(shí)施例所制備的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺粉末，加水制成質(zhì)量濃度為 0.1% 的溶液，結(jié)果顯示，三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺粉末溶解時(shí)間大約在 15~25min 左右。
以市售的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑JX-303作為對(duì)照，加水制成質(zhì)量濃度為 0.1% 的溶液，結(jié)果顯示，溶解時(shí)間大約在 1~2h 之間。
以上結(jié)果表明：本發(fā)明所提供三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺的溶解性較好。
采用上述案例所制備的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺所制成的質(zhì)量濃度為0.1%的溶液，用于某污水處理廠廢水絮凝沉淀性能測(cè)評(píng)，結(jié)果顯示：所形成的絮體大、沉降快，表現(xiàn)出良好的絮凝效果，處理后的污水在分光光度計(jì)500nm透光率數(shù)據(jù)見下表1。
進(jìn)一步地，對(duì)實(shí)施例所制備的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺進(jìn)行了性能檢測(cè)，按照《GB17514-1998水處理劑聚丙烯酰胺》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)定實(shí)施例的三元共聚陰離子型聚丙烯酰胺的分子量、固含量、丙烯酰胺單體含量及溶解時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
表1：產(chǎn)品理化性質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范娜進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。