CN101875706B

CN101875706B - 一种聚丙烯酸水乳液的制备方法

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Publication number: CN101875706B
Application number: CN2009100831324A
Authority: CN
Inventors: 马斐; 王颖; 夏峥嵘; 陈昌青; 李松杰; 李国麟
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Petrochemical Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Petrochemical Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101875706A

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯酸水乳液的制备方法，其特征在于以其总重量为基准，各组分的重量百分比为：丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物10.0--20.0％；无机盐10.0--20.0％；异丙醇3.0--8.0％；稳定剂1.0--2.0％；引发剂0.05--0.15％；助剂0.0--0.2％；余量是水；按确定的比例将丙烯酸和甲基丙烯酸溶于水中，用氢氧化钠中和pH值至5-7，然后再按确定的比例加入无机盐、异丙醇、稳定剂、引发剂、助剂混合均匀，通氮除氧，并在氮气保护下搅拌反应，50℃反应时间16h，即得本发明的聚丙烯酸水乳液。本发明的聚丙烯酸水乳液以水为介质，将水溶性聚合物制备成稳定的乳状液体，具有表观粘度低，环境友好，使用方便的优点。

Description

一种聚丙烯酸水乳液的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种聚丙烯酸水乳液的制备方法，属石油化工设计技术领域。

背景技术：

丙烯酸聚合物是一类很重要的水溶性高分子化合物，因其具有内聚能高、吸附力强、反应活性高等特点，广泛应用于涂料、造纸、纺织、采油、采矿、冶金、食品、医药、化妆品、土建及水处理等工业中。丙烯酸的合成方法通常有本体聚合法、水溶液聚合法和乳液聚合法。本体聚合法由于传热效果不好，易引起爆聚；水溶液聚合法所得产物粘度较大；而乳液聚合法由于有机溶剂的使用给后处理或使用带来不便。90年代后期出现了一种水包水的分散聚合物，即水溶性高分子在分散剂的作用下在水溶液中可以以不溶于水的微粒存在，既避免了有机溶剂的使用，又克服的水溶液的高粘度。美国专利US3658772、US5837776、US6265477；日本专利平6-25540、昭62-20502；中国专利CN1281472A，CN101280038A就介绍了一种类似的阴离子水乳液聚合物即分散聚合物。这些专利中所述的聚合物阴离子含量在其pH范围一般不超过30％，专利CN101280038A为了扩大其产物的应用范围，提出了必要时在溶解过程中加入碱进行中和。但在许多应用领域不仅需要产品具有更高的离子度，而且要求产物以聚合物盐的形式存在。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚丙烯酸水乳液的制备方法。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

本发明所提供的一种聚丙烯酸水乳液，其组成为丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物、无机盐、异丙醇、稳定剂、助剂、引发剂、去离子水，其中各组分的重量百分比为：

丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物 10.0--20.0％

无机盐 10.0--20.0％

异丙醇 3.0--8.0％

稳定剂 1.0--2.0％

引发剂 0.05--0.15％

助剂 0.0--0.2％

水余量

所述的丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物由丙烯酸、甲基丙烯酸在反应中聚合形成，丙烯酸与甲基丙烯酸的比例可根据需要进行调整，其重量比控制在2--1∶1--2之间。由于甲基丙烯酸疏水性强于丙烯酸，甲基丙烯酸的加入可以减少反应中使用的无机盐沉淀剂，使产物更易形成稳定的乳胶粒子，且能降低产物表观粘度，所以在本发明中加入甲基丙烯酸与丙烯酸形成共聚物以便提高产物的稳定性。本发明中丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物的含量为所述水乳液重量百分比的10.0--20.0％，优选为15％。

所述的无机盐选自纯度高于工业级的硫酸钠、氯化钠其中的一种或两种的混合物；本发明中无机盐作为一种沉淀剂使用，盐的浓度影响聚合粒子颗粒及产物的稳定性，其最低浓度以聚合物不溶为限，浓度太高不经济。本发明中无机盐的含量为所述水乳液重量百分比的10.0--20.0％，优选为10.5--15.5％。

所述的异丙醇在本发明中具有分散和调节的作用，可以使产物更均匀，同时可以调节聚合物的分子量；使用纯度高于99.5％的异丙醇，若用量太低分散效果差，用量太高会导致产物分子量太低，本发明中异丙醇的含量为所述水乳液重量百分比的3.0--8.0％，优选为5.0％。

所述的稳定剂为聚乙烯基吡咯啉酮和聚2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸复合稳定剂；聚乙烯基吡咯啉酮为K-30的化学纯试剂，聚2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸为特性粘数3--5dl/g的工业产品，聚乙烯基吡咯啉酮和聚2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸以1∶10的重量比组成；本发明中稳定剂的含量为所述水乳液重量百分比的1.0--2.0％，优选为1.5％。

所述的引发剂为水溶性自由基引发剂；可选用偶氮二异丁基脒盐酸盐、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠等，以偶氮二异丁基脒盐酸盐与过硫酸铵-亚硫酸氢钠复合使用为最佳；本发明中引发剂的含量为所述水乳液重量百分比的0.1--0.2％，优选为0.15％。

所述的助剂为乙二胺四乙酸二钠盐，主要是提高聚合效率和产物的稳定性；本发明中助剂的含量为所述水乳液重量百分比的0.1--0.2％，优选为0.1％。

所述的水为去离子水。

本发明所提供的一种聚丙烯酸水乳液的制备方法是：按上述的比例提取单体的丙烯酸、甲基丙烯酸和水，将丙烯酸和甲基丙烯酸溶于水中，用氢氧化钠中和pH值至5--7，然后再按确定的比例加入无机盐、异丙醇、稳定剂、引发剂、助剂混合均匀，通氮除氧，并在氮气保护下搅拌反应，反应温度50℃，反应时间16h，得白色乳状液体产物，即为本发明的聚丙烯酸水乳液。

本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：

1、本发明的聚丙烯酸水乳液以水为介质，将水溶性聚合物制备成稳定的乳状液体，具有表观粘度低，环境友好，溶解速度快，使用方便的优点。

2、本发明所述的聚丙烯酸水乳液丙烯酸含量高且pH值为5--7，扩大了其应用领域，提高了应用效果。

3、本发明所提供的一种聚丙烯酸水乳液的制备方法，其制备过程工艺简单，安全、可靠。

具体实施方式：

按本发明所提供的一种聚丙烯酸水乳液，其组成为丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物、无机盐、异丙醇、稳定剂、助剂、去离子水，其中各组分的重量百分比为：

丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物 10.0--20.0％，优选为15.0％；

无机盐 10.0--20.0％，优选为10.5～15.5％；

异丙醇 3.0--8.0％，优选为5.0％；

稳定剂 1.0--2.0％，优选为1.5％；

引发剂 0.1--0.2％优选为0.15％

助剂 0.0--0.2％优选为0.1％；

水余量。

实施例1：

在带搅拌装置、通氮装置、加热装置、控温装置的1000ml四口烧瓶中加入去离子水535g，丙烯酸100g，甲基丙烯酸50g，搅拌均匀，加入40％氢氧化钠85g中和后，再加入氯化钠20g，硫酸钠95g，稳定剂10g，异丙醇50g，0.01N的乙二胺四乙酸二钠盐溶液25g，搅拌溶解，通N₂除氧，升温至50℃，加入0.5％过硫酸铵溶液10g，0.5％亚硫酸氢钠10g搅拌反应约2--3h，反应液慢慢变白，3h后再加入0.5％偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液10g，再继续反应总时间16h后结束。产物为白色乳状液。pH值5.8，表观粘度215mPaS，测特性粘数为9.2dl/g。

实施例2：

在带搅拌装置、通氮装置、加热装置、控温装置的1000ml四口烧瓶中加入去离子水455g，丙烯酸100g，甲基丙烯酸50g，搅拌均匀，加入40％氢氧化钠125g中和后，再加入氯化钠20g，硫酸钠135g，稳定剂10g，异丙醇50g，0.01N的乙二胺四乙酸二钠盐溶液30g，搅拌溶解，通N₂除氧，升温至50℃，加入0.5％过硫酸铵溶液10g，0.5％亚硫酸氢钠10g，搅拌反应约2--3h，反应液慢慢变白，4h后加入0.5％偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液5g，再6h后再加入0.5％偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液5g，再继续反应总时间16h后结束。产物为白色乳状液。pH值7.0，表观粘度288mPaS，测特性粘数为8.6dl/g。

实施例3：

在带搅拌装置、通氮装置、加热装置、控温装置的1000ml四口烧瓶中加入去离子水522g，丙烯酸50g，甲基丙烯酸100g，搅拌均匀，加入40％氢氧化钠98g中和后，再加入氯化钠20g，硫酸钠85g，稳定剂10g，异丙醇50g，0.01N的乙二胺四乙酸二钠盐溶液35g，搅拌溶解，通N₂除氧，升温至50℃，加入0.5％过硫酸铵溶液10g，0.5％亚硫酸氢钠10g，搅拌反应约2--3h，反应液慢慢变白，4h后加入0.5％偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液5g，再6h后再加入0.5％偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液5g，再继续反应总时间16h后结束。产物为白色乳状液。pH值6.4，表观粘度223mPaS，测特性粘数为7.3dl/g。

Claims

1.一种聚丙烯酸水乳液的制备方法，其特征在于以其总重量为基准，各组分的重量百分比为：

丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物 10.0--20.0％；

无机盐 10.0--20.0％；

异丙醇 3.0--8.0％；

稳定剂 1.0--2.0％；

引发剂 0.05--0.15％；

助剂 0.0--0.2％；

水余量；

所述的无机盐选自纯度高于工业级的硫酸钠、氯化钠其中的一种或两种的混合物；

所述的稳定剂为聚乙烯基吡咯啉酮和聚2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸复合稳定剂；

所述的引发剂为水溶性自由基引发剂；选用偶氮二异丁基脒盐酸盐、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠；

所述的助剂为乙二胺四乙酸二钠盐；

按确定的比例提取单体的丙烯酸、甲基丙烯酸和水，其中丙烯酸与甲基丙烯酸的重量比控制在2--1∶1--2之间；将丙烯酸和甲基丙烯酸溶于水中，用氢氧化钠中和pH值至5--7，然后再按确定的比例加入无机盐、异丙醇、稳定剂、引发剂、助剂混合均匀，通氮除氧，并在氮气保护下搅拌反应，反应温度50℃，反应时间16h，得白色乳状液体产物，即为本发明的聚丙烯酸水乳液。

2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸水乳液的制备方法，其特征在于以其总重量为基准，各组分的重量百分比为：

丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物 15.0％；

无机盐 10.5～15.5％；

异丙醇 5.0％；

稳定剂 1.5％；

引发剂 0.15％

助剂 0.1％；

水余量。