本發(fā)明涉及一種聚丙烯酰胺的制備方法，尤其是涉及一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法。

背景技術：

聚丙烯酰胺（pam）是通過丙烯酰胺單體經(jīng)自由基聚合得到的線型高分子聚合物，廣泛運用于石油開采、水處理、化工、冶金、造紙等領域。石油開采是目前國內(nèi)pam用量最大的領域。水處理是國內(nèi)pam第二大消費領域。在城市污水處理方面，pam主要用于污泥脫水，少部分用于廢水澄清。pam在造紙行業(yè)中主要用作助留劑、干增強劑和廢水處理的絮凝劑。我國是造紙生產(chǎn)和消費大國，對造紙助劑的需求非常旺盛。另外pam在采礦、煤炭、粘合劑、皮革復鞣劑等領域也得到良好的利用。

分子量是決定聚丙烯酰胺性能的一個關鍵因素。分子量越高的聚丙烯酰胺在石油開采、水處理等領域的使用性能越好。另外，聚丙烯酰胺在使用過程中一般是先溶解在水溶液中，再進行使用。而分子量越高的聚丙烯酰胺在水中的溶解速度越慢。因此，提高溶解速度能夠提高高分子量聚丙烯酰胺的使用性能。目前，現(xiàn)有的聚丙烯酰胺的溶解時間基本在1～2小時之間，溶解時間長，對工藝要求高，操作復雜，效率較低。

決定聚丙烯酰胺顆粒的溶解速度有顆粒的比表面積以及本身的溶解性能。申請?zhí)枮?01310257597.3的發(fā)明申請中通過加入助溶劑氨水以及尿素提高溶解速度。尿素作為聚丙烯酰胺的常用助溶劑，雖然可以在一定程度上增加聚丙烯酰胺的溶解性能，但是無法大幅度提高溶解速度，且加入此類助劑會使得產(chǎn)品含有氨味等不愉快的氣味。申請?zhí)枮?01510561500.7的發(fā)明申請中通過引入含有羧基及磺酸基的單體提高溶解速度。羧基及磺酸基的親水性雖然強于酰胺基，可以在一定程度上增加聚丙烯酰胺的溶解性能，但是共單體羧基及磺酸基等引入會影響丙烯酰胺的聚合性能，降低聚合物分子量，無法制備高分子量的聚合物。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，通過在制備過程中加入助溶劑（交聯(lián)的親水性聚合物），在不影響聚丙烯酰胺分子量的情況下大大提高了聚丙烯酰胺的溶解性能。

本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是：一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將20～40質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑，在0～60℃下反應1～10小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后得到數(shù)均相對分子量達500萬以上、溶解時間在10分鐘以內(nèi)的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒；所述的助溶劑為交聯(lián)的親水性聚合物。

所述交聯(lián)的親水性聚合物為羧甲基淀粉鈉、羥乙酸淀粉鈉、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮、交聯(lián)羧甲基纖維素鈉、低取代羥丙基纖維素、高吸水樹脂中的其中一種或兩種以上混合。

所述親水性聚合物的加入量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.01～5%，優(yōu)選0.05～1%。

所述的高吸水樹脂為交聯(lián)的聚丙烯酸和/或聚丙烯酸鈉。

所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丙基咪唑啉等偶氮類水溶性引發(fā)劑，過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨等過硫酸鹽引發(fā)劑，過氧化氫、叔丁基過氧化物、甲乙酮過氧化物等過氧化物，以及上述過硫酸鹽、過氧化物等氧化劑與l-抗壞血酸、亞硫酸（氫）鹽、二價鐵鹽等還原劑組成氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.0001～1摩爾%，優(yōu)選0.005～0.5摩爾%。

所述的丙烯酰胺水溶液中還可以加入其他助劑，包括螯合劑、鏈轉移劑、表面活性劑。

所述的螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉（edta-2na）、二乙三胺五乙酸鈉（dtpa-5na）或三聚磷酸鈉；所述螯合劑加入量為單體丙烯酰胺質(zhì)量的0.001%～0.5%。

所述的鏈轉移劑為異丙醇、巰基丙酸、巰基乙醇、巰基乙酸、正丁硫醇、特丁硫醇中的其中一種或兩種以上的混合。

所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的其中一種或兩種以上的混合。

交聯(lián)的親水性聚合物，因結構上具有親水性的羥基以及羧酸（鹽），具有超強吸水性（可達原體積200倍甚至是1000倍以上）及快速吸水膨脹的效果。羧甲基淀粉鈉、羥乙酸淀粉鈉、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮、交聯(lián)羧甲基纖維素鈉、低取代羥丙基纖維素、交聯(lián)的聚丙烯酸（高吸水樹脂）等是一類部分交聯(lián)的親水性聚合物，其具有強力、快速的吸水特性。

此類交聯(lián)的親水聚合物提高高分子量聚丙烯酰胺溶解速度的機理如下：顆粒在吸水前，交聯(lián)的親水聚合物鏈段相互靠攏纏繞，形成交聯(lián)成網(wǎng)狀結構，親水基團未電離成離子對。當交聯(lián)的親水聚合物遇水時，親水基團與水分子的水合作用，羧酸基團發(fā)生電離，產(chǎn)生網(wǎng)內(nèi)外離子濃度差，交聯(lián)網(wǎng)絡內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓。水分子通過滲透壓作用不斷地被吸入交聯(lián)網(wǎng)絡中。另外，由于交聯(lián)網(wǎng)絡上的羧酸根負離子之間發(fā)生相互排斥，使高分子網(wǎng)束伸展，出現(xiàn)毛細管效應。因此，這類交聯(lián)親水性聚合物，吸水后會膨脹，進而在顆粒中產(chǎn)生微孔，通過毛細管效應將水“吸入”顆粒中，如此反復吸水、膨脹、吸水……的作用，很快便將完整的固體聚丙烯酰胺顆粒崩解為細小顆?；蚍勰?，從而增加比表面積，提高溶解速度。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，兼顧了聚丙烯酰胺的高分子量和高溶解速度。制備的速溶型高分子量聚丙烯酰胺的數(shù)均相對分子量達500萬以上；通過交聯(lián)親水性聚合物的作用，制備得到的聚丙烯酰胺的溶解速度很快，在10分鐘以內(nèi)。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將20質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑羧甲基淀粉鈉，所述羧甲基淀粉鈉的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.05%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.005摩爾%，在55℃下反應5小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1250萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例2

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將22質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑羥乙酸淀粉鈉，所述羥乙酸淀粉鈉的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.1%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑偶氮二異丙基咪唑啉，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.05摩爾%，在50℃下反應4小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1360萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例3

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將24質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮，所述交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.2%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑過硫酸鈉，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.08摩爾%，在60℃下反應8小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1520萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例4

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將26質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)羧甲基纖維素鈉，所述交聯(lián)羧甲基纖維素鈉的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.5%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑過硫酸鉀，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.15摩爾%，在60℃下反應9小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1610萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例5

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將28質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑低取代羥丙基纖維素，所述低取代羥丙基纖維素的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.7%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑叔丁基過氧化物，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.3摩爾%，在60℃下反應9.5小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1650萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例6

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將30質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)的聚丙烯酸，所述交聯(lián)的聚丙烯酸的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.8%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入的引發(fā)劑為過硫酸銨與亞硫酸（氫）鹽組成的氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.4摩爾%，在40℃下反應3小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1590萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例7

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將33質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)的聚丙烯酸鈉，所述交聯(lián)的聚丙烯酸鈉的用量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的1%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入的引發(fā)劑為過氧化氫與l-抗壞血酸組成的氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.5摩爾%，在5℃下反應5小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1790萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例8

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將35質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)羧甲基纖維素鈉，所述交聯(lián)羧甲基纖維素鈉的加入量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的0.7%，加入螯合劑，所述螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉（edta-2na），所述螯合劑加入量為單體丙烯酰胺質(zhì)量的0.1%，攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑過硫酸銨與亞硫酸（氫）鹽組成的氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.35摩爾%，在25℃下反應6小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1830萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例9

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將37質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)的聚丙烯酸，所述交聯(lián)的聚丙烯酸的加入量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的2%；加入螯合劑，所述螯合劑為三聚磷酸鈉，所述螯合劑加入量為單體丙烯酰胺質(zhì)量的0.3%；加入鏈轉移劑，所述鏈轉移劑為異丙醇；攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑為過硫酸銨與亞硫酸（氫）鹽組成的氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.4摩爾%，在40℃下反應7.5小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1730萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

實施例10

一種速溶型高分子量聚丙烯酰胺的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：1）將40質(zhì)量%的丙烯酰胺水溶液加入反應器中，加入助溶劑交聯(lián)的聚丙烯酸鈉，所述交聯(lián)的聚丙烯酸鈉的加入量為丙烯酰胺單體質(zhì)量的5%；加入鏈轉移劑，所述鏈轉移劑為正丁硫醇；加入表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉；攪拌均勻；2）通入氮氣，除去溶液及反應器中的氧氣；3）加入引發(fā)劑為過氧化氫與l-抗壞血酸組成的氧化-還原體系，引發(fā)劑用量為單體丙烯酰胺的0.5摩爾%，在10℃下反應9小時，得到膠塊；4）將制得的膠塊進行破碎、造粒、干燥、粉碎后，得到數(shù)均分子量為1910萬的速溶型高分子量聚丙烯酰胺顆粒，該顆粒的溶解時間小于10min。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。