CN101613433B - 一种反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法。其具体步骤为：将水溶性单体丙烯酰胺和交联剂加入到中和的水溶性不饱和羧酸中，形成水相；将疏水功能单体，乳化剂，加入到溶剂中形成油相；将水相和油相混合乳化，形成油包水型乳液，加入引发剂加热引发聚合反应后，减压蒸馏，加入转相剂，得到产物。本发明合成的新型增稠剂的增稠效果好，3％白浆粘度可达106000mp.s，抗电解质能力强，粘度保留率最高可达45.3％。工艺过程简单，整个反应过程稳定易于控制。
Description
技术领域：
本发明涉及一种合成耐电解质增稠剂的方法，尤其涉及一种以水溶性不饱和羧酸，丙烯酰胺，交联剂，水，含有长碳链的疏水单体等为主要原料以反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法。
背景技术：
阴离子型聚丙烯酸类增稠剂已广泛于纺织印花浆，涂料，石油工业，水处理等领域。主要的合成方法有传统乳液聚合，无皂聚合和反相乳液聚合。其中传统乳液聚合和无皂聚合产品的存在固含量低，增稠效果差缺点。另外，由于同离子效应，也使得此类增稠剂的抗电解质能力较差。根据肖春方在《聚丙烯酸型合成增稠剂L G2301的研制及其在涂料印花中应用》中报道，我们可以看出：在没有加入疏水单体的情况下，增稠剂的抗电解质性能很差，体系粘度随着电解质的加入迅速下降。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有此类增稠剂增稠效果不理想，抗电解质较差的缺陷而提供一种反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法。
本发明的技术方案为：一种反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法，其具体步骤为：将水溶性单体丙烯酰胺和交联剂加入到中和的水溶性不饱和羧酸中，形成水相；将疏水功能单体，乳化剂，加入到溶剂中形成油相；将水相和油相混合乳化，形成油包水型乳液，加入引发剂加热引发聚合反应后，减压蒸馏，加入转相剂，得到耐电解质增稠剂。
上述的中和的水溶性不饱和羧酸是用NaOH水溶液中和水溶性不饱和羧酸，控制中和度为70％-90％。优选用质量百分浓度为20％-30％的NaOH水溶液，中和过程用15-30℃水域冷却。
优选所述的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的0.1％-0.3％；所述的水溶性不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述的丙烯酰胺占水溶性不饱和羧酸的质量分数为5％-30％。
优选所述的疏水功能单体为乙烯基烷基醚，其化学式为CH2＝CH-O-CnH2n+1，其中n为10-18，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的1％-5％；所述的乳化剂为HLB值在4.3-7之间的乳化剂，优选山梨糖醇酐油酸酯span80或失水山梨醇单硬脂酸酯Span 60，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的5％-25％。；所述的溶剂为由煤油、液体石蜡或二甲苯。
优选油相与水相的体积比为1-2∶1。
优选所述的引发剂为过硫酸铵，或者是过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的0.2％-0.7％。其中过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物中过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为：0.3-1∶1。
所述的转相剂为HLB值大于10的乳化剂，优选壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-20或脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-15，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的10％-20％。
优选所述的水相和油相混合乳化时间为5-15min；所述的聚合反应时加热温度为50℃-80℃，反应时间为3-5h。
通过上述方法制得的本发明产品可通过下面的测试方法检测产品的各种性能。
1.白浆粘度和流变性能测试
采用NDJ-5S数显粘度计，用4号转子测试一定增稠剂含量的白浆浓度。粘度指数是转速分别是6，60r/min时测得白浆粘度的比值。此值越小表示流体粘度随剪切应力变大而减小的程度越显著，假塑性越好。
2.耐电解质性能的测试
2.1粘度保留率测试：
配3％的白浆300g，加入0.15gNaCl，测试加盐前后的粘度，
粘度保留率为η＝η后/η前
2.2配6％的白浆，加入15％的NaCl水溶液，测试加盐后的粘度，直到粘度降到100mpa以下，记录盐水的总克数。
有益效果：
本发明合成的新型增稠剂的增稠效果好，3％白浆粘度可达106000mp.s，抗电解质能力强，粘度保留率最高可达45.3％。工艺过程简单，整个反应过程稳定易于控制。
具体实施方式：
实施例一：
水相：丙烯酸80g，26％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺12g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.15g，去离子水：4.5g。
油相：煤油120g，span-80：12g，乙烯基烷基醚(n＝18)：5g。
引发剂：过硫酸铵：0.12g，亚硫酸氢钠：0.24g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至55℃引发聚合。反应4h。加入14gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：106000mpa.s，粘度指数为12％，粘度保留率为24.2％，6％白浆加盐总克数为46g。
实施例二：
水相：甲基丙烯酸80g，30％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺13g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.18g，去离子水：4.5g。
油相：液体石蜡60g，二甲苯60g，span-60：12g，乙烯基烷基醚(n＝18)：4g。
引发剂：过硫酸铵：0.12g，亚硫酸氢钠：0.24g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至60℃引发聚合。反应4h。加入10gAEO-20.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：96500mpa.s，粘度指数为32.2％，粘度保留率为35.8％，6％白浆加盐总克数为53g。
实施例三：
水相：丙烯酸80g，27％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺12g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.15g，去离子水：4.5g。
油相：煤油120g，span-80：13g，乙烯基烷基醚(n＝18)：2g。
引发剂：过硫酸铵：0.12g，亚硫酸氢钠：0.24g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至70℃引发聚合。反应5h。加入14gAEO-15.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：88700mpa.s，粘度指数为15％，粘度保留率为45.3％，6％白浆加盐总克数为82g。
实施例四：
水相：甲基丙烯酸80g，20％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺4g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.25g，去离子水：4.5g。
油相：煤油120g，span-80：21g，乙烯基烷基醚(n＝10)：4g。
引发剂：过硫酸铵：0.08g，亚硫酸氢钠：0.24g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至65℃引发聚合，反应4h。加入17gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：85400mpa.s，粘度指数为16.7％，粘度保留率为12.5％，6％白浆加盐总克数为40g。
实施例五：
水相：丙烯酸80g，28％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺24g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.14g，去离子水：4.5g。
油相：煤油70g，span-80：5.2g，乙烯基烷基醚(n＝14)：3g。
引发剂：过硫酸铵：0.35g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至65℃引发聚合，反应5h。加入10gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：88900mpa.s，粘度指数为14.3％，粘度保留率为12.8％，6％白浆加盐总克数为32g。
实施例六：
水相：丙烯酸80g，26％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺12.8g，羟甲基丙烯酰胺：0.18g，去离子水：4.5g。
油相：煤油90g，span-80：12g，乙烯基烷基醚(n＝18)：2g。
引发剂：过硫酸铵：0.11g，亚硫酸氢钠：0.22g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化5min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至60℃引发聚合，反应5h。加入15gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：106000mpa.s，粘度指数为10％，粘度保留率为24.5％，6％白浆加盐总克数为72g。
实施例七：
水相：丙烯酸80g，27％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺12.4g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.2g，去离子水：4.5g。
油相：煤油130g，span-80：12g，乙烯基烷基醚(n＝18)：3g。
引发剂：过硫酸铵：0.13g，亚硫酸氢钠：0.20g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化15min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至60℃引发聚合，反应4h。加入13gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：78500mpa.s，粘度指数为14.1％，粘度保留率为20.6％，6％白浆加盐总克数为62g。
实施例八：
水相：丙烯酸80g，27％NaOH水溶液100g，丙烯酰胺14g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.13g，去离子水：4.5g。
油相：煤油120g，span-60：14g，乙烯基烷基醚(n＝18)：1g。
引发剂：过硫酸铵：0.15g，亚硫酸氢钠：0.15g
按上述比例配好的水相加入油相中，乳化10min，加入引发剂，并将乳液转移至四口烧瓶中。升温至60℃引发聚合，反应5h。加入14gTX-10.即可得到产物。
测试性能：6％白浆粘度：65200mpa.s，粘度指数为25.4％，粘度保留率为18.5％，6％白浆加盐总克数为71g。
Claims (9)
1.一种反相乳液合成耐电解质增稠剂的方法，其具体步骤为：将水溶性单体丙烯酰胺和交联剂加入到中和的水溶性不饱和羧酸中，形成水相；将疏水功能单体，乳化剂，加入到溶剂中形成油相；将水相和油相混合乳化，形成油包水型乳液，加入引发剂加热引发聚合反应后，减压蒸馏，再加入转相剂，得到耐电解质增稠剂；其中所述的疏水功能单体为乙烯基烷基醚，其化学式为CH2＝CH-O-CnH2n+1，其中n为10-18，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的1％-5％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的中和的水溶性不饱和羧酸是用质量百分浓度为20％-30％的NaOH水溶液中和水溶性不饱和羧酸，控制中和度为70％-90％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的0.1％-0.3％；所述的水溶性不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述的丙烯酰胺占水溶性不饱和羧酸的质量分数为5％-30％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的乳化剂为山梨糖醇酐油酸酯span80或失水山梨醇单硬脂酸酯Span 60，其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的5％-25％；所述的溶剂为煤油、液体石蜡或二甲苯。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于油相与水相的体积比为1-2∶1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵，或者是过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物；其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的0.2％-0.7％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物中过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为：0.3-1∶1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的转相剂为壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-20或脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-15；其用量为水溶性不饱和羧酸和丙烯酰胺质量总和的10％-20％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的水相和油相混合乳化时间为5-15min；所述的聚合反应时加热温度为50℃-80℃，反应时间为3-5h。
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