CN101735387B - 一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法 - Google Patents

一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：按重量百分比取丙烯酰胺20～90％、丙烯酸5～70％、尿素5～10％与去离子水混合至丙烯酰胺与丙烯酸之和的总浓度达到20％～25％，降温至0℃～5℃，用强碱调pH值至7～9，完成配料；将配好的料转移至反应釜中，将螯合剂、链转移剂加入，在通氮气中依次加入二段氧化剂、一段氧化剂、还原剂、辅助还原剂后，继续通氮10～30分钟后停氮封口，绝热聚合反应1～5小时；放置0.5～2小时后打开反应釜底阀，用压缩空气压出胶块；将胶块造粒、干燥、粉碎、筛分得到成品。本发明提供的方法工艺简单、能耗低、无污染，由本方法所获产品的水解度可在5～70％之间任意调整。

Description

一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法
技术领域
本发明涉及一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，属水溶性高分子合成领域。
背景技术
聚丙烯酸胺是一种线型水溶性聚合物，广泛应用于石油、水处理、造纸、选矿、洗煤、医药、化工、纺织、农业和水利等领域，其应用前景广泛。目前我国的阴离子聚丙烯酰胺聚合方法多为前加碱(碳酸钠)水解法或后加碱(氢氧化钠)水解法，由于碳酸钠的溶解度有限，前加减水解只能生产出水解度小于40％的聚丙烯酰胺产品，因此该种产品的使用受到限制。后水解虽然可以生产出水解度大于40％的产品，但由于需要大型水解机系统和二次造粒机系统，生产能耗高，工艺复杂，设备投资高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，该方法可合成出质量好、成本低、水解度调节范围大、使用范围广的阴离子聚丙烯酰胺产品。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种制备阴离子聚丙烯酰胺的方法，包括以下步骤：按重量百分比取丙烯酰胺20～90％、丙烯酸5～70％、尿素5～10％与去离子水混合至丙烯酰胺与丙烯酸之和的总浓度达到20％～25％，降温至0℃～5℃，用强碱调pH值至7～9，完成配料；将配好的料转移至反应釜中，将螯合剂、链转移剂加入反应釜中，通氮气搅拌3～7分钟后加入二段氧化剂，再通氮气10～30分钟后加入一段氧化剂，再通氮气3～7分钟后加入还原剂，再通氮气1分钟内加入辅助还原剂，继续通氮气10～30分钟后停氮气封口，绝热聚合反应1～5小时；放置0.5～2小时后打开反应釜底阀，用压缩空气压出胶块；将胶块造粒、干燥、粉碎、筛分得到成品。
螯合剂是乙二胺四乙酸二钠；链转移剂是甲酸钠或乙酸钠；一段氧化剂是过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化二苯甲酰；二段氧化剂为偶氮异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁腈；还原剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠；辅助还原剂为氯化亚铜或硫酸亚铁，它们在反应釜内与总配料量的质量比分别为：螯合剂5～100ppm、链转移剂10～100ppm、一段氧化剂5～10ppm、二段氧化剂10～500ppm、还原剂0.5～10ppm、辅助还原剂1～10ppm。
调pH值所用的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
本发明提供的方法中，采用氧化剂和还原剂的复合引发体系分段引发，降低了聚合引发温度，体系形成自由基比较均匀，这样聚合反应和温升比较均匀，聚合反应温度-时间曲线平缓向上；反应时间1～5小时，这种反应过程有利于链增长，能够获得分子量比较大的产品，同时由于反应均匀，分子链基本呈直链型，其溶解性好；体系聚合浓度为20～25％，这使得聚合反应的终点温度适中，产品不易交联，而且胶块软硬合适，便于造粒；聚合时引入尿素，尿素是小分子，分子运动能力强，有助于提高产品的溶解性；同时由于丙烯酸与水可以以任意比互溶，因此可以生产出水解度5-70％任意调节的产品。采用本发明提供的方法获得的阴离子聚丙烯酰胺产品，分子量在1500～2200万之间，滤过比小于1.5，胜利盐水5000mg/L矿化度、75℃、DVII型黏度剂6转/分钟条件下黏度大于11.5mPas。
本发明提供的方法工艺简单、能耗低、无污染，由本方法所获产品的水解度可在5～70％之间任意调整。由本发明提供方法制备的产品是可控的共聚型产品，该产品相对分子量较高、阴离子水解度(电荷密度)可以通过加入丙烯酸的量控制，其水溶性好、溶解速度快。
具体实施方式
以下结合几个实施例进一步说明本发明。
实施例1：
a、在配料釜中用泵打入丙烯酰胺2100公斤(折100％)，丙烯酸300公斤，尿素200公斤加水至总体积11m3，开启搅拌混合，同时用冷冻盐水降温至1℃，加氢氧化钠调节pH值至7.5，完成配料；
b、把配好的料转移入反应釜，加入螯合剂-乙二胺四乙酸二钠100克(9.09ppm)、链转移剂-甲酸钠128克(11.64ppm)，通氮气5分钟(氮气压力为0.3～0.5Mpa)后加二段氧化剂-偶氮二异丁腈4公斤(363.64ppm)，再通氮气20分钟后，加入一段氧化剂-过硫酸钾60克(5.45ppm)，再通氮气5分钟后加入还原剂-亚硫酸钠15克(1.36ppm)，再通氮气1分内加入辅助还原剂-氯化亚铜20克(1.82ppm)，继续通氮气10分钟后停氮气封口，进行绝热聚合反应2小时20分钟，反应结束后温度上升至76.5℃；
c、放置0.5小时后打开反应釜底阀，用压缩空气(0.3Mpa)压出反应生成的胶块；
d、胶块经造粒后送入流化床干燥，然后粉碎，筛分，得到20～100目，分子量1836万，水解度为11.5％，滤过比为1.12，胜利盐水5000mg/L矿化度、75℃、DV II型黏度剂6转/分钟，黏度为11.7mPas的白色粉末状产品。
实施例2：
a、在配料釜中用泵打入丙烯酰胺1700公斤(折100％)，丙烯酸800公斤，尿素200公斤，加水至总体积11m3，开启搅拌混合，同时用冷冻盐水降温至2℃，加氢氧化钾调节pH值至7.8，完成配料；
b、把配好的料转移入聚合釜，加入螯合剂-乙二胺四乙酸二钠150克(13.64ppm)、链转移剂-乙酸钠145克(13.18ppm)，通氮气5分钟(氮气压力为0.3～0.5Mpa)后加入二段氧化剂偶氮异丁脒盐酸盐480克(43.64ppm)、再通氮气10分钟后加入一段氧化剂过硫酸铵67克(6.09ppm)，再通氮气5分钟后加入还原剂-亚硫酸氢钠20克(1.82ppm)，再通氮气1分内再加入辅助还原剂-硫酸亚铁25克(2.27ppm)，继续通氮气10分钟后停氮封口，进行绝热聚合反应1小时50分钟，聚合反应温度上升至78.6℃；
c、放置0.5小时后打开反应釜底阀，用0.2Mpa的压缩空气压出反应生成的胶块；
d、胶块经造粒后送入流化床干燥，然后粉碎，筛分，得到20～100目，分子量2130万，水解度为29.5％，滤过比为1.10，胜利盐水5000mg/L矿化度、75℃、DV II型黏度剂6转/分钟，黏度为12.1mPas的白色粉末状产品。
实施例3：
a、在配料釜中用泵打入丙烯酰胺600公斤(折100％)，丙烯酸1800公斤，尿素200公斤，加水至总体积11m3，开启搅拌混合，同时用冷冻盐水降温至4℃，加氢氧化钠调节pH值至7.2，完成配料；
b、把配好的料转移入聚合釜，加入螯合剂-乙二胺四乙酸二钠200克(18.18ppm)、链转移剂-甲酸钠205克(18.6ppm)，通氮气5分钟(氮气压力为0.3～0.5Mpa)后加入二段氧化剂-偶氮异丁脒盐酸盐167克(15.18ppm)，继续通氮气20分钟后加入一段氧化剂-过氧化二苯甲酰90克(8.18ppm)，继续通氮气5分钟后加入还原剂-亚硫酸钠50克(4.55ppm)，再通氮气1分内加入辅助还原剂-硫酸亚铁28克(2.55ppm)，继续通氮气10分钟停氮封口，进行绝热聚合反应3小时05分钟，聚合反应结束后温度上升至78℃；
c、放置1小时后打开反应釜底阀，用0.2Mpa的压缩空气压出反应生成的胶块；
d、胶块经造粒后送入流化床干燥，然后粉碎，筛分，得到20～100目，分子量1529万，水解度为69.1％，滤过比为1.38，胜利盐水5000mg/L矿化度、75℃、DV II型黏度剂6转/分钟，黏度等于13.4mPas的白色粉末状产品。

Claims (3)

1.一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按重量百分比取丙烯酰胺20～90％、丙烯酸5～70％、尿素5～10％与去离子水混合至丙烯酰胺与丙烯酸之和的总浓度达到20％～25％，降温至0℃～5℃，用强碱调pH值至7～9，完成配料；将配好的料转移至反应釜中，将螯合剂、链转移剂加入反应釜中，通氮气搅拌3～7分钟后加入二段氧化剂-偶氮异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁腈，再通氮气10～30分钟后加入一段氧化剂-过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化二苯甲酰，再通氮气3～7分钟后加入还原剂，再通氮气1分钟内加入辅助还原剂，继续通氮气10～30分钟后停氮气封口，绝热聚合反应1～5小时；放置0.5～2小时后打开反应釜底阀，用压缩空气压出胶块；将胶块造粒、干燥、粉碎、筛分得到成品。
2.根据权利要求1所述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，螯合剂是乙二胺四乙酸二钠；链转移剂是甲酸钠或乙酸钠；还原剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠；辅助还原剂为氯化亚铜或硫酸亚铁，它们在反应釜内与总配料量的质量比分别为：螯合剂5～100ppm、链转移剂10～100ppm、一段氧化剂5～10ppm、二段氧化剂10～500ppm、还原剂0.5～10ppm、辅助还原剂1～10ppm。
3.根据权利要求1所述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：调pH值所用的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
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