CN101831030B - 阴离子聚丙烯酰胺的制备方法 - Google Patents

阴离子聚丙烯酰胺的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于不饱和脂族基化合物的共聚物的制备方法，具体公开了一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：准备制备用原料，制备用原料包括丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、硫酸钾、硫代硫酸钠、抗坏血酸、分子量调节剂和水，将氢氧化钠溶于水后与丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入丙烯酰胺得到混合液A，然后用水溶解硫代硫酸钠、抗坏血酸和分子量调节剂得到混合液B，再用水溶解过硫酸钾得到混合液C，然后将混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C，在15℃～45℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应完毕后经过造粒、烘干、粉碎后制得聚丙烯酰胺粉剂。本发明的制备方法具有反应时间短、制备成本低、能耗少且环保安全等优点。

Description

阴离子聚丙烯酰胺的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有不饱和脂族基化合物的共聚物的制备方法，尤其涉及一种丙烯酰胺的聚合物的制备方法。
背景技术
在现有的阴离子聚丙烯酰胺的合成技术中，主要采用丙烯酰胺聚合后水解的工艺，其通常做法是，将丙烯酰胺溶于水后，加入引发剂聚合，经过较长时间的反应且聚合完毕后，产物呈块状凝胶，将其剪碎成小块后加入碱水解，水解完成后再造粒干燥。水解过程有氨气排出，需要对氨气等废气进行处理。例如，CN101157736A号中国专利文献公开了一种超低温引发制备高分子量阴离子型聚丙烯酰胺的方法，该方法中在丙烯酰胺水溶液中加入多元引发剂及各种助剂，并通入高纯氮气进行水溶液聚合，聚合老化一段时间后将胶体经造粒加入水解剂混合加热进行水解，该水解反应有氨气排放，且聚合反应及水解时间长(绝热聚合时间为1h～5h，绝热聚合完成后老化1h～3h，水解时间为2h～6h)，之后再经过造粒、干燥、粉碎、筛分而生产出阴离子聚丙烯酰胺。
也有采用边水解边聚合的阴离子聚丙烯酰胺合成工艺，将丙烯酰胺和碱溶于水后，加入引发剂聚合，反应溶液成碱性，聚合和水解过程同时进行，有氨气排出，同样存在废气回收处理等问题。例如CN1168894号中国专利文献公开了一种高分子量阴离子聚丙烯酰胺制备方法，该方法是采用前加碱聚合后水解，通过控制反应体系pH值，并加入过硫酸盐、水溶性有机偶氮盐和氮三丙烯酰胺多元引发剂引发丙烯酰胺水溶液均聚，然后进行水解，烘干、粉碎得到粉状阴离子型聚丙烯酰胺，该反应同样有氨气排放，且聚合反应及水解时间较长。
此外，现有技术中也有采用丙烯酰胺和丙烯酸共聚的方法制备阴离子聚丙烯酰胺的工艺，整个工艺过程虽然没有氨气产生，但是聚合反应与物料熟化时间长，一般需要6h左右，反应体系浓度低(一般为30％左右)，设备利用效率低，能耗大，投资较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种反应时间短、制备成本低、能耗少且环保安全的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：准备制备用原料，所述制备用原料包括丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、硫代硫酸钠、抗坏血酸、分子量调节剂和水(其中的过硫酸钾、硫代硫酸钠和抗坏血酸共同作为本发明的复合引发剂)，将所述氢氧化钠溶于水后与所述丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入所述丙烯酰胺得到混合液A，然后用水溶解所述的硫代硫酸钠、抗坏血酸和分子量调节剂得到混合液B，再用水溶解所述的过硫酸钾得到混合液C，然后将所述混合液B加入所述混合液A中，最后添加所述混合液C，在15℃～45℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应完毕后经过造粒、烘干、粉碎后制得聚丙烯酰胺粉剂。所述聚丙烯酰胺粉剂可溶于水。本发明的技术方案优化了引发剂的成分和配方，并在工艺操作(尤其是原料的加料顺序上)作了巧妙的改进，这不仅可以加速物料溶解速度，使溶液混合均匀，而且使得反应进行的更加顺利。
上述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法中，所述制备用原料中各原料组分的质量百分比优选为：
丙烯酰胺        10％～50％
丙烯酸          5％～50％
氢氧化钠        2％～22.5％
过硫酸钾        0.05％～1.0％
硫代硫酸钠      0.02％～0.5％
抗坏血酸        0.005％～0.1％
分子量调节剂    0.015％～10％和
水              35％～80％。
上述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法中，所述氢氧化钠的用量优选为丙烯酸质量的40％～45％。
上述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法中，所述聚合反应的时间优选为20min～80min。这既是本发明的一个优选控制工艺参数，也是本发明制备方法的一个明显优势，因为较短的反应时间大大提高了本发明制备方法的制备效率。
上述的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法中，所述分子量调节剂优选为异丙醇，当然也可以为选用次磷酸盐、硫醇等。
与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，本发明的制备反应时间很短，反应时间控制在20min～80min即可反应完毕，这大大提高了反应效率和生产效益；其次，本发明制得的反应产物的物料浓度可高达60％以上，由于聚合反应后的物料含水量低，因此在后续的干燥工序中所需能耗少，干燥效率高，成本小；再次，本发明制备方法的整个生产过程中无需水解步骤，无氨气产生，不仅环保安全，而且节省了后续对氨气的处理费用；最后，本发明的制备方法设备投资少且利用效率高，有利于产业化生产和应用。
具体实施方式
实施例1
一种本发明的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：
准备以下质量的各原料组分：
丙烯酰胺        18g
丙烯酸          25g
氢氧化钠        10g
过硫酸钾        0.1g
硫代硫酸钠      0.1g
抗坏血酸        0.01g
异丙醇          0.15g和
水              100g；
(2)混合配制：将上述10g的氢氧化钠溶于80g水后与25g的丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入18g的丙烯酰胺得到混合液A，然后用15g的水溶解0.1g的硫代硫酸钠、0.01g的抗坏血酸和0.15g的异丙醇得到混合液B，再用5g的水溶解0.1g的过硫酸钾得到混合液C，然后将配得的混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C；
(3)聚合反应：在15℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应70min后得到聚合物凝胶(浓度大于30％)，经过剪碎造粒、烘干、粉碎后制得可溶于水的聚丙烯酰胺粉剂。
实施例2
一种本发明的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：
准备以下质量的各原料组分：
丙烯酰胺      25g
丙烯酸        37.5g
氢氧化钠      15g
过硫酸钾      0.1g
硫代硫酸钠    0.05g
抗坏血酸      0.01g
异丙醇        10g和
水            40g；
(2)混合配制：将上述15g的氢氧化钠溶于30g水后与37.5g的丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入25g的丙烯酰胺得到混合液A，然后用5g的水溶解0.05g的硫代硫酸钠、0.01g的抗坏血酸和10g的异丙醇得到混合液B，再用5g的水溶解0.1g的过硫酸钾得到混合液C，然后将配得的混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C；
(3)聚合反应：在25℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应30min后得到聚合物凝胶(浓度达到60％以上)，经过剪碎造粒、烘干、粉碎后制得可溶于水的聚丙烯酰胺粉剂。
实施例3
一种本发明的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：
准备以下质量的各原料组分：
丙烯酰胺      25g
丙烯酸        50g
氢氧化钠      20g
过硫酸钾      0.3g
硫代硫酸钠    0.08g
抗坏血酸      0.015g
异丙醇        1g和
水            110g；
(2)混合配制：将上述20g的氢氧化钠溶于80g水后与50g的丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入25g的丙烯酰胺得到混合液A，然后用15g的水溶解0.08g的硫代硫酸钠、0.015g的抗坏血酸和1g的异丙醇得到混合液B，再用15g的水溶解0.3g的过硫酸钾得到混合液C，然后将配得的混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C；
(3)聚合反应：在28℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应40min后得到聚合物凝胶(浓度达到45％以上)，经过剪碎造粒、烘干、粉碎后制得可溶于水的聚丙烯酰胺粉剂。
实施例4
一种本发明的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：
准备以下质量的各原料组分：
丙烯酰胺          90g
丙烯酸            12.5g
氢氧化钠          5.5g
过硫酸钾          0.65g
硫代硫酸钠        0.15g
抗坏血酸          0.1g
异丙醇            9g和
水                113g；
(2)混合配制：将上述5.5g的氢氧化钠溶于80g水后与12.5g的丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入90g的丙烯酰胺得到混合液A，然后用8g的水溶解0.15g的硫代硫酸钠、0.1g的抗坏血酸和9g的异丙醇得到混合液B，再用25g的水溶解0.65g的过硫酸钾得到混合液C，然后将配得的混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C；
(3)聚合反应：在45℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应20min后得到聚合物凝胶(浓度达到48％以上)，经过剪碎造粒、烘干、粉碎后制得可溶于水的聚丙烯酰胺粉剂。
实施例5
一种本发明的阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：
准备以下质量的各原料组分：
丙烯酰胺       30g
丙烯酸         95g
氢氧化钠       39g
过硫酸钾       0.5g
硫代硫酸钠     0.3g
抗坏血酸       0.03g
异丙醇         0.2g和
水             120g；
(2)混合配制：将上述39g的氢氧化钠溶于85g水后与95g的丙烯酸进行中和，再向中和后的混合液中加入30g的丙烯酰胺得到混合液A，然后用10g的水溶解0.3g的硫代硫酸钠、0.03g的抗坏血酸和0.2g的异丙醇得到混合液B，再用25g的水溶解0.5g的过硫酸钾得到混合液C，然后将配得的混合液B加入混合液A中，最后添加混合液C；
(3)聚合反应：在35℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，反应80min后得到聚合物凝胶(浓度达到55％以上)，经过剪碎造粒、烘干、粉碎后制得可溶于水的聚丙烯酰胺粉剂。

Claims (1)

1.一种阴离子聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：准备制备用原料，所述制备用原料包括丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、硫代硫酸钠、抗坏血酸、异丙醇和水，所述制备用原料中各原料组分的质量百分比为：
将所述氢氧化钠溶于水后与所述丙烯酸进行中和，所述氢氧化钠的用量为丙烯酸质量的40％～45％，再向中和后的混合液中加入所述丙烯酰胺得到混合液A，然后用水溶解所述的硫代硫酸钠、抗坏血酸和异丙醇得到混合液B，再用水溶解所述的过硫酸钾得到混合液C，然后将所述混合液B加入所述混合液A中，最后添加所述混合液C，在15℃～45℃温度下开始引发聚合反应，绝热自然升温，所述聚合反应的时间为20min～80min，反应完毕后经过造粒、烘干、粉碎后制得聚丙烯酰胺粉剂。 
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