一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在于包括如下步驟：(1)、在低于20℃的溫度下，將陰離子單體用水溶解后用堿液調(diào)節(jié)其pH值至4.0～6.5；(2)、在室溫下，將非離子單體、陽(yáng)離子單體、無(wú)機(jī)鹽、穩(wěn)定劑和鏈轉(zhuǎn)移劑用水溶解后調(diào)節(jié)其溶液溫度至25～60℃；對(duì)溶液進(jìn)行通氮?dú)獗Ｗo(hù)，30分鐘后加入引發(fā)劑，(3)、加入引發(fā)劑后保持溫度在25～60℃，封閉攪拌3～24小時(shí)后加入阻聚劑，繼續(xù)攪拌后，冷卻至室溫，出料，得到兩性離子聚丙烯酰胺乳液。本發(fā)明的方法可根據(jù)實(shí)際需要合成制備出不同使用性能和不同應(yīng)用領(lǐng)域的乳液產(chǎn)品，具有合成方法簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、乳液穩(wěn)定性好、水溶性強(qiáng)、流動(dòng)性良好、普適性好的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，屬于水溶性高分子 材料合成【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】：
[0002] 聚丙烯酰胺類(lèi)水溶性高分子材料由于具有良好的水溶性、增粘性等性能，被廣泛 用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。兩性離子聚丙烯酰胺由于其分子結(jié)構(gòu)上同時(shí)存在陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子 基團(tuán)，從而使其兼具有陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和陰離子聚丙烯酰胺的一些特點(diǎn)，此外，有些還具 有特有的"反聚電解質(zhì)效應(yīng)"，這些使得兩性離子聚丙烯酰胺的應(yīng)用性能更加優(yōu)越，應(yīng)用范 圍更加廣闊，可以被用于絮凝、減阻、助留、助濾、增強(qiáng)、增稠、防垢、污泥脫水等多個(gè)領(lǐng)域。
[0003] 聚丙烯酰胺類(lèi)水溶性高分子材料的合成方法中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用的有水溶液聚合 法、反相乳液聚合法和反相微乳液聚合法等，這些方法存在的問(wèn)題是：水溶液聚合法需要經(jīng) 過(guò)造粒、干燥等工序后得到粉體產(chǎn)品，其能耗大，且粉體產(chǎn)品使用時(shí)溶解速度慢，需要長(zhǎng)時(shí) 間的攪拌；而反相乳液聚合法和反相微乳液聚合法需要大量的有機(jī)溶劑和表面活性劑，這 不僅增加了合成成本，而且在使用過(guò)程中會(huì)造成二次污染和影響產(chǎn)品性能的發(fā)揮。
[0004] 水乳液聚合法是一種具有發(fā)展前途的聚合方法，它以水作為分散相或溶劑，可以 將聚丙烯酰胺類(lèi)水溶性高分子材料制備成乳液，實(shí)現(xiàn)了乳液不經(jīng)干燥、粉碎等工序而直接 使用，節(jié)省了能源、降低了加工成本和縮短了合成工時(shí)；并且乳液的水溶性良好，解決了溶 解性的問(wèn)題。
[0005] 在合成和實(shí)際應(yīng)用中，兩性離子聚丙烯酰胺乳液聚合法合成的乳液穩(wěn)定差等成為 制約水乳液聚合法的發(fā)展和乳液產(chǎn)品應(yīng)用的重要因素；同時(shí)，一些研究采用水溶液聚合法 合成兩性離子聚丙烯酰胺乳液時(shí)，合成的乳液產(chǎn)品性能單一，即一種合成方法或合成工藝 只適用于一種分子結(jié)構(gòu)的兩性離子聚丙烯酰胺的合成，這就限制了不同分子結(jié)構(gòu)和性能的 聚合物的合成，其合成方法或合成工藝缺乏廣譜性。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰 胺乳液的合成方法，適用于合成各種陰離子單體與陽(yáng)離子單體的摩爾比1:10?10:1的兩 性離子聚丙烯酰胺的乳液，可根據(jù)實(shí)際需要合成制備出不同使用性能和不同應(yīng)用領(lǐng)域的乳 液產(chǎn)品，具有合成方法簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、乳液穩(wěn)定性好、水溶性強(qiáng)、流動(dòng)性良好、普適 性好的特點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。
[0008] 本發(fā)明提供的一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，包括如下步驟：
[0009] (1)、在低于20°C的溫度下，將陰離子單體用水溶解均勻后用堿液調(diào)節(jié)其pH值至 4.0?6. 5,得陰離子水溶液；
[0010] ⑵、在室溫下，將非離子單體、陽(yáng)離子單體、無(wú)機(jī)鹽、穩(wěn)定劑和鏈轉(zhuǎn)移劑用水溶解 均勻后，調(diào)節(jié)其溶液溫度至25?60°C;對(duì)溶液進(jìn)行通氮?dú)獗Ｗo(hù)，30分鐘后加入引發(fā)劑，繼續(xù) 攪拌，進(jìn)行聚合反應(yīng)；
[0011](3)、在溶液中加入引發(fā)劑后保持溫度在25?60C，封閉攬祥3?24小時(shí)后加入 阻聚劑，繼續(xù)攪拌30分鐘后，冷卻至室溫，出料，得到兩性離子聚丙烯酰胺乳液；
[0012] 在該兩性離子聚丙烯酰胺乳液合成的反應(yīng)體系中，各物質(zhì)組分含量的質(zhì)量百分比 為：
[0013] 非離子單體、陽(yáng)離子單體和陰離子單體的單體總質(zhì)量之和為：8?28wt%，其中， 陽(yáng)離子單體和陰離子單體的重量之和為單體總質(zhì)量的6?40wt%，陽(yáng)離子單體和陰離子單 體的摩爾比為1:10?10:1 ;
[0014] 引發(fā)劑的加量為單體總質(zhì)量的0? 001?0?lwt%;
[0015] 阻聚劑的加量為單體總質(zhì)量的0? 001?0?Olwt%;
[0016] 無(wú)機(jī)鹽為：10?35wt%;
[0017] 穩(wěn)定劑為：0? 5?5wt%;
[0018] 鏈轉(zhuǎn)移劑為：0? 0001 ?0?Olwt% ;
[0019] 水為：余量；
[0020] 所述的非離子單體為丙烯酰胺，或丙烯酰胺與甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、 N，N-二甲基丙烯酰胺、苯乙烯，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯 和N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一種或一種以上的混合物；
[0021] 所述的陰離子單體為丙烯酸、馬來(lái)酸、烯丙基磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸、2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁基磺酸和（2-丙烯酰氧）異戊烯磺酸鈉中的一 種或一種以上的混合物；
[0022] 所述的陽(yáng)離子單體為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化 銨、丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨和N，N-二甲基二烯丙基 氯化銨中的一種或一種以上的混合物；
[0023] 所述的堿液為濃度為5?40wt%的NaOH水溶液；
[0024] 所述的無(wú)機(jī)鹽為鉀、鈉、鋰和銨的陽(yáng)離子與硫酸根、亞硫酸根、鹵離子、磷酸根和硝 酸根的陰離子形成的鹽中的一種或一種以上的混合物；
[0025]所述的穩(wěn)定劑具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式（I):

【權(quán)利要求】
1. 一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 、在低于20°C的溫度下，將陰離子單體用水溶解均勻后用堿液調(diào)節(jié)其pH值至4. O? 6. 5,得陰離子水溶液； (2) 、在室溫下，將非離子單體、陽(yáng)離子單體、無(wú)機(jī)鹽、穩(wěn)定劑和鏈轉(zhuǎn)移劑用水溶解均勻 后，調(diào)節(jié)其溶液溫度至25?60°C ;對(duì)溶液進(jìn)行通氮?dú)獗Ｗo(hù)，30分鐘后加入引發(fā)劑，繼續(xù)攪 拌，進(jìn)行聚合反應(yīng)； (3) 、在溶液中加入引發(fā)劑后保持溫度在25?60°C，封閉攪拌3?24小時(shí)后加入阻聚 齊U，繼續(xù)攪拌30分鐘后，冷卻至室溫，出料，得到兩性離子聚丙烯酰胺乳液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在 于在該兩性離子聚丙烯酰胺乳液合成的反應(yīng)體系中，各物質(zhì)組分含量的質(zhì)量百分比為 ： 非離子單體、陽(yáng)離子單體和陰離子單體的單體總質(zhì)量之和為：8?28wt%，其中，陽(yáng)離 子單體和陰離子單體的重量之和為單體總質(zhì)量的6?40wt%，陽(yáng)離子單體和陰離子單體的 摩爾比為1:10?10:1 ; 引發(fā)劑的加量為單體總質(zhì)量的0. 001?0. lwt% ; 阻聚劑的加量為單體總質(zhì)量的〇. 001?〇. Olwt% ; 無(wú)機(jī)鹽為：1〇?35wt% ; 穩(wěn)定劑為：〇. 5?5wt% ; 鏈轉(zhuǎn)移劑為：〇· 0001?〇· 〇lwt% ; 水為：余量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在 于所述的非離子單體為丙烯酰胺，或丙烯酰胺與甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二 甲基丙烯酰胺、苯乙烯，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和 N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一種或一種以上的混合物； 所述的陰離子單體為丙烯酸、馬來(lái)酸、烯丙基磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、 2_丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁基磺酸和（2-丙烯酰氧）異戊烯磺酸鈉中的一種 或一種以上的混合物； 所述的陽(yáng)離子單體為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、 丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨和N，N-二甲基二烯丙基氯 化銨中的一種或一種以上的混合物； 所述的堿液為濃度為5?40wt %的NaOH水溶液； 所述的無(wú)機(jī)鹽為鉀、鈉、鋰和銨的陽(yáng)離子與硫酸根、亞硫酸根、鹵離子、磷酸根和硝酸根 的陰離子形成的鹽中的一種或一種以上的混合物； 所述的穩(wěn)定劑具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式（I):
其中：R1是2-吡咯烷酮； R2 是-CH (CH3) CH2SO3H 和-CH2CH2CH2CH2SO3H 中的一種； R3是H和CH3中的一種； R4 是-CH2CH2-和-CH2CH2CH 2-中的一種； o、p、m和η分別為1或大于1的整數(shù)，o、p、m和η的值可以相等也可以不相等； X為大于1的整數(shù)，X與（ο+ρ+m+n)的乘積在3500?10000之間； 所述的阻聚劑為對(duì)苯二酚、對(duì)苯醌、甲基氫醌、對(duì)羥基苯甲醚、二甲基二硫代氨基甲酸 鈉、對(duì)叔丁基鄰苯二酚、2-叔丁基對(duì)苯二酚和2, 5-二叔丁基對(duì)苯二酚中的一種或一種以上 的混合物； 所述的引發(fā)劑為氧化體系、氧化-還原引發(fā)體系和偶氮二異丁脒鹽酸鹽中的一種或兩 種形成的復(fù)合體系，其中：氧化體系為過(guò)硫酸鉀和過(guò)硫酸銨中的一種或兩種的混合物，氧 化-還原引發(fā)體系由過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉或亞硫酸氫銨組成； 所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為正十二碳硫醇、正丁硫醇、叔十六硫醇、β -巰基丙烯酸正丁酯中的 一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在 于所述的具有化學(xué)結(jié)構(gòu)通式（I)的穩(wěn)定劑的合成方法，包括如下步驟： (1) 低于20°C的溫度下，在水中將非離子單體N-乙烯基-2-吡咯烷酮、陰離子單體和 鏈轉(zhuǎn)移劑混合均勻，用堿液調(diào)節(jié)其pH值為4. 0?6. 5,制成水溶液A，并將其等分為3?4 份； (2) 低于20°C的溫度下，在水中將非離子單體N-乙烯基-2-吡咯烷酮、陽(yáng)離子單體和 鏈轉(zhuǎn)移劑混合均勻制成水溶液B，并將其等分為3?4份； (3) 在帶有控溫裝置、攪拌裝置、氮?dú)馔ㄈ肟?、回流冷凝管和滴加裝置的圓底燒瓶中盛 入余量的水，加熱至20?60°C下，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下，先加入第1等份的水溶液A后加入 引發(fā)劑，而后交替地滴加水溶液B、水溶液A和引發(fā)劑；在1小時(shí)內(nèi)滴加完畢后，恒溫封閉反 應(yīng)2?5小時(shí)，降至室溫，得到濃度為5?10wt%的化學(xué)結(jié)構(gòu)式I的穩(wěn)定劑水溶液； 在穩(wěn)定劑合成的反應(yīng)體系中，各物質(zhì)組分含量的質(zhì)量百分比為： 非離子單體、陽(yáng)離子單體和陰離子單體的單體總質(zhì)量之和為5-10wt%，其中，陰離子單 體與陽(yáng)離子單體的質(zhì)量之和占單體總質(zhì)量的5?30wt%，陰離子單體與陽(yáng)離子單體的摩爾 比為10:1?1:10 ; 鏈轉(zhuǎn)移劑的加量占所有單體質(zhì)量和的0. OOl?0. OIwt % ; 引發(fā)劑的加量為單體總質(zhì)量的0. 01?0. lwt% ; 水為余量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種廣譜性?xún)尚噪x子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在 于在穩(wěn)定劑的合成方法中，所述的陰離子單體為2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁 基磺酸中的一種；所述的陽(yáng)離子單體為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化銨、丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨中的一種；所述 的引發(fā)劑為氧化體系、氧化-還原引發(fā)體系和偶氮二異丁脒鹽酸鹽中的一種或兩種形成的 復(fù)合體系，其中：氧化體系為過(guò)硫酸鉀和過(guò)硫酸銨中的一種或兩種的混合物，氧化-還原引 發(fā)體系由過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉或亞硫酸氫銨組成；所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為正十二 碳硫醇、正丁硫醇、叔十六硫醇、β -巰基丙烯酸正丁酯中的一種或一種以上的混合物。
【文檔編號(hào)】C08F220/06GK104387526SQ201410613950
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】任朝華 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)