專(zhuān)利名稱(chēng)：制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備聚丙烯酰胺的方法，屬于制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)污水治理力度不斷加強(qiáng)，傳統(tǒng)的用于地表水源飲用水、工業(yè)用水、污水及廢水處理的是一些無(wú)機(jī)化合物，例如明礬、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等，這些處理劑投藥量大，產(chǎn)生的污泥量多、體積大，難于處理，而絮凝凈化效果也不盡人意。目前，有機(jī)高分子用絮凝劑在處理中較無(wú)機(jī)類(lèi)化合物相比具有較大的改善，特別是陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺應(yīng)用的較廣泛，但是，現(xiàn)有陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法分為兩大類(lèi)一是聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子改性法；二是丙烯酰胺單體與陽(yáng)離子單體共聚，第一種方法制備的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺含有過(guò)多的殘余單體，具有很大的毒性，無(wú)法用于給水處理，通常采用第二種方法制備陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，但現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品相對(duì)分子量低，僅能達(dá)到500萬(wàn)左右，無(wú)法滿(mǎn)足高難度廢水處理的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺分子量低、陽(yáng)離子度不高，無(wú)法滿(mǎn)足高難度廢水處理的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的方法，該方法制備的產(chǎn)品相對(duì)分子量高、陽(yáng)離子度可調(diào)、水溶性好，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將丙烯酰胺及丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比99％∶1％～1％∶99％混合，加入到反應(yīng)釜中，注入去離子水?dāng)嚢枞芙庵羻误w總濃度達(dá)到18％～30％；用氨水將體系PH值調(diào)至6～9；將增鏈劑、還原劑、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、Span-20及偶氮二異丁腈依次加入到引發(fā)溫度為8℃～14℃的反應(yīng)釜中，攪拌混勻；通氮除氧30分鐘后加入氧化劑過(guò)硫酸銨，繼續(xù)通氮10分鐘，停止通氮，密閉，絕熱聚合，待反應(yīng)體系降到室溫后，取出膠塊，經(jīng)造粒、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品。
上述所說(shuō)的注入去離子水?dāng)嚢枞芙庵羻误w總濃度為20％；用氨水將體系PH值調(diào)至8；300ppm～900ppm增鏈劑、40ppm～100ppm還原劑甲醛化次亞硫酸氫鈉，100ppm乙二胺四乙酸二鈉、100ppm尿素、100ppmSpan-20、80ppm偶氮二異丁腈、40ppm～100ppm氧化劑過(guò)硫酸銨；還原劑濃度為60ppm；增鏈劑為含有伯胺及叔胺的化合物；增鏈劑濃度為600ppm；引發(fā)溫度為10℃；丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比7∶3。
本發(fā)明的有益效果是由于制備高分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺過(guò)程中采用復(fù)合引發(fā)體系，在較低的聚合引發(fā)溫度下有效地引發(fā)丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚合，其中，增鏈劑既可以參與氧化還原反應(yīng)引發(fā)聚合，同時(shí)自身又可參與聚合，促進(jìn)鏈增長(zhǎng)反應(yīng)的進(jìn)行；尿素作為一種助劑，能夠有利于丙烯酰胺聚合產(chǎn)物溶解性的改善，離散丙烯酰胺等水溶性聚合物的分子間的直接氫鍵締合，改變緊密構(gòu)象，增進(jìn)水化而使溶液增粘，同時(shí)還可作為輔助還原劑，參與氧化還原過(guò)程，亦有利于動(dòng)力學(xué)鏈增長(zhǎng)；氧化還原劑是產(chǎn)生自由基聚合反應(yīng)的活性中心；由于反應(yīng)體系中常常會(huì)含有一定量的銅、鐵離子，對(duì)聚合反應(yīng)有極其不利的影響，銅離子的影響尤為顯著，為消除銅、鐵離子對(duì)聚合過(guò)程的影響，選擇乙二胺四乙酸二鈉為絡(luò)合物，控制乙二胺四乙酸二鈉的用量可以屏蔽銅、鐵離子對(duì)聚合的干擾，而乙二胺四乙酸二鈉對(duì)聚合不形成顯著的干擾；表面活性劑Span-20有利于偶氮二異丁腈的分散以及改善聚合物的溶解速度；輔助引發(fā)劑偶氮二異丁腈可以二次引發(fā)單體聚合，控制反應(yīng)速度，使反應(yīng)溫度平穩(wěn)上升，在進(jìn)一步提高共聚物相對(duì)分子質(zhì)量的前提下，降低分子交聯(lián)幾率，降低成品中的殘余單體含量，提高單體的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)用上述體系從而使聚合反應(yīng)能夠獲得高分子量的聚合物，且在水中的溶解性良好，可實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明該發(fā)明選擇對(duì)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量影響較大的5個(gè)因素，如表1所示，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的方法，找出最佳試驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)過(guò)程為將丙烯酰胺及丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比8∶2混合，加入到反應(yīng)釜中，注入去離子水?dāng)嚢枞芙庵羻误w總濃度20％～30％的溶液；用氨水將體系PH值調(diào)至6～9；將增鏈劑、還原劑、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、Span-20及偶氮二異丁腈依次加入到引發(fā)溫度為8℃～14℃的反應(yīng)釜中，攪拌混勻；通氮除氧30分鐘后加入氧化劑，其中增鏈劑、還原劑、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、Span-20及偶氮二異丁腈、氧化劑組成了復(fù)合引發(fā)體系，繼續(xù)通氮10分鐘后停止通氮，密閉，絕熱聚合；待反應(yīng)體系降到室溫后，取出膠塊，經(jīng)造粒、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
通過(guò)表2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出一組優(yōu)化條件，如表3所示，且在上述表1的反應(yīng)條件下均可以生產(chǎn)出相對(duì)分子質(zhì)量在1000萬(wàn)以上的高分子聚合物，在優(yōu)化后的條件下，采用不同的陽(yáng)離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步研究，所得結(jié)果如

圖1所示。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出下列結(jié)論，陽(yáng)離子單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1～99％之間可調(diào)，陽(yáng)離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％時(shí)相對(duì)分子質(zhì)量最高，為2276萬(wàn)，水溶性好。
表1正交L16(45)因素水平表
表2 正交L16(45)正交分析表序號(hào) ABCDEM(×107)1 111111.1892 122221.6553 133331.2894 144441.1065 212341.4856 221431.2317 234121.3188 243211.4929 313421.63210324311.53211331241.56512342131.60213414231.12514423141.05415432411.48816441321.289K11.30975 1.27925 1.3185 1.44275 1.35175K21.46 1.4765 1.49425 1.49425 1.4385K31.50425 1.35 1.43175 1.39875 1.31175K41.2391.40725 1.2485 1.17725 1.411R 0.26525 0.19725 0.24575 0.3170.12675排序 24315表3 優(yōu)化條件表pH值引發(fā)溫度單體濃度引發(fā)劑濃度D濃度AB(℃)C(％)D(ppm對(duì)單體) E(ppm)8102060600
權(quán)利要求
1.一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于將丙烯酰胺及丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比99％∶1％～1％∶99％混合，加入到反應(yīng)釜中，注入去離子水?dāng)嚢枞芙庵羻误w總濃度達(dá)到18％～30％；用氨水將體系PH值調(diào)至6～9；將增鏈劑、還原劑、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、Span-20及偶氮二異丁腈依次加入到引發(fā)溫度為8℃～14℃的反應(yīng)釜中，攪拌混勻；通氮除氧30分鐘后加入氧化劑過(guò)硫酸銨，繼續(xù)通氮10分鐘，停止通氮，密閉，絕熱聚合，待反應(yīng)體系降到室溫后，取出膠塊，經(jīng)造粒、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于注入去離子水，攪拌溶解至單體濃度為20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于用氨水將體系PH值調(diào)節(jié)為8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于300ppm～900ppm增鏈劑、40ppm～100ppm還原劑甲醛化次亞硫酸氫鈉，100ppm乙二胺四乙酸二鈉、100ppm尿素、100ppmSpan-20、80ppm偶氮二異丁腈、40ppm～100ppm氧化劑過(guò)硫酸銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于還原劑濃度為60ppm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于增鏈劑為含有伯胺及叔胺的化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于增鏈劑濃度為600ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于引發(fā)溫度為10℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺方法，其特征在于丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比7∶3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備高分子量陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的方法。解決了現(xiàn)有陽(yáng)離子聚丙烯酰胺分子量低、陽(yáng)離子度不高的問(wèn)題。其特征在于將丙烯酰胺及丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨按重量比99％∶1％～1％∶99％混合，加入到反應(yīng)釜中，注入去離子水?dāng)嚢枞芙庵羻误w總濃度達(dá)到18％～30％；用氨水將體系pH值調(diào)至6～9；將增鏈劑、還原劑、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、Span－20及偶氮二異丁腈依次加入到引發(fā)溫度為8℃～14℃的反應(yīng)釜中，攪拌混勻；通氮除氧30分鐘后加入氧化劑過(guò)硫酸銨，繼續(xù)通氮10分鐘，停止通氮，密閉，絕熱聚合，待反應(yīng)體系降到室溫后，取出膠塊，經(jīng)造粒、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到粉狀陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C08F4/04GK1648140SQ20041004418
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者朱圣賢, 陳衛(wèi)民, 齊永青, 張達(dá)生, 宋會(huì)美, 楊懷宇 申請(qǐng)人:大慶東昊投資有限公司