CN106188392B - 一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，其由单体水溶液、以及占单体水溶液重量0.05%－0.1%的尿素、0.05%－0.15%的抗坏血酸、0.1%－1.0%的乙二胺四乙酸二钠、0.2%－0.5%的氧化还原剂、1%－5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐和1%－2%的间二苯酚制成；其中，所述单体水溶液包括下述重量百分比的原料：甲基丙烯酰胺15%－25%、顺丁烯二酸5%－10%、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸1%－2%，蒸馏水60%－75%。该三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺具有合成方法简单、产品水溶性好、绿色环保和成本低等优点。

Description

一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺及其制备方法
技术领域
本发明属于水溶性高分子材料技术领域，具体涉及一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺及其制备方法。
背景技术
聚丙烯酰胺（PAM）是一种线状有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水处理絮凝剂产品。因其具有良好的絮凝效果，PAM作为水处理的絮凝剂并且被广泛用于污水处理。按离子特性可分为非离子（NPAM）、阴离子（APAM）、阳离子（CPAM）和两性型四种类型。
阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）是其分子链上既具有化学活性的酰胺基团，又有带负电荷的羧酸基官能团，比如：羧酸负离子（-COO-）、磺酸负离子（-SO3 -）、硫酸酯负离子（-OSO3 -）等，这些基团的活泼性使其具有在实际应用中降低用量、减少成本、使用效果更佳等特点；可广泛应用在采油、选矿、洗煤、冶金、化工、造纸、环保、水处理工程等领域，应用前景广泛。
目前，国内有机高分子絮凝剂已经具有了相当规模的工业生产，但整体来说，现有工业生产出的有机高分子絮凝剂存在着产品数量少、质量不够高、系列化水平低等问题，尤其是阴离子型絮凝剂，远不能满足市场需要。传统的阴离子型聚丙烯酰胺的合成往往需要用到大量有机溶剂和表面活性剂，不仅增加了合成成本，而且可能存在二次污染和影响产品性能发挥等问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，其具有合成方法简单、产品水溶性好、绿色环保和成本低等优点。
本发明还提供了一种上述三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，其由单体水溶液、以及占单体水溶液重量0.05%－0.1%的尿素、0.05%－0.15%的抗坏血酸、0.1%－1.0%的乙二胺四乙酸二钠、0.2%－0.5%的氧化还原剂、1%－5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐和1%－2%的间二苯酚制成；其中，所述单体水溶液包括下述重量百分比的原料：甲基丙烯酰胺15%－25%、顺丁烯二酸5%－10%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1%－2%，蒸馏水60%－75%。
上述配方中，甲基丙烯酰胺为非离子单体，顺丁烯二酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为阴离子单体，尿素和抗坏血酸用作助溶剂，乙二胺四乙酸二钠用作络合剂，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐为引发剂，间二苯酚为阻聚剂。
具体的，所述氧化还原剂是由质量比1：1－2的过硫酸铵和亚硫酸氢钠组成的混合物。
上述三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺的制备方法，其包括如下步骤：
1）按比例取甲基丙烯酰胺、顺丁烯二酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，加入蒸馏水中搅拌至完全溶解，获得质量浓度为25%－40%的单体水溶液；
2）向单体水溶液中加入尿素、抗坏血酸和乙二胺四乙酸二钠，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，通入高纯氮气或惰性气体10－30min；
3）向步骤2）所得产物中加入氧化还原剂和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，继续通入高纯氮气或惰性气体5－10min后密封；
4）将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱中于40±10℃进行聚合反应，根据单体浓度不同，聚合反应时间为3－5h，反应结束后取出，加入间二苯酚，自然降温至室温，得到透明胶状聚合物，即为三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺；
5）后续加工：将步骤4）所得三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得阴离子型聚丙烯酰胺白色固体粉末产品。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、反应液配置简便，反应温度低，不需要通过紫外光照射促进反应，简化了生成工艺，降低能耗，减少了生成成本；
2、绿色环保无二次污染、合成成本低，合成过程中采用水作为溶剂，避免了采用有机溶剂或表面活性剂可能造成的环境污染；
3、水溶性好，使用时将产品放在水中搅拌即可溶解；
4、用途广泛，可用在采油、选矿、洗煤、冶金、化工、造纸、环保、水处理工程等领域，应用前景广泛。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
本实施例所提供的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，采用如下步骤制备而成：
1）按比例称取非离子单体甲基丙烯酰胺15g，阴离子单体顺丁烯二酸9g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1g，加入75g的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解，即配制出总单体质量浓度为25%的单体水溶液；
2）向单体水溶液中加入0.05g尿素和0.1g抗坏血酸用作助溶剂、0.5g络合剂乙二胺四乙酸二钠，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，通入高纯氮气15min；
3）向步骤2）所得产物中加入0.3g的氧化还原剂（其中氧化剂、还原剂分别为过硫酸铵和亚硫酸氢钠，质量比为1:1）和2g的引发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，继续通入高纯氮气5min后密封；
4）将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱中于40℃聚合反应3h。然后从烘箱中取出，加入1g的阻聚剂间二苯酚，自然降温至室温，得到透明胶状聚合物，即为三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺；
5）后续加工：将步骤4）所得三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得阴离子型聚丙烯酰胺白色固体粉末产品。
实施例2
本实施例所提供的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，采用如下步骤制备而成：
1）按比例称取非离子单体甲基丙烯酰胺20g，阴离子单体顺丁烯二酸8g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2g，加入70g的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解，即配制出总单体质量浓度为30%的单体水溶液；
2）向单体水溶液中加入0.08g尿素和0.15g抗坏血酸用作助溶剂、0.5g络合剂乙二胺四乙酸二钠，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，通入高纯氮气20min；
3）向步骤2）所得产物中加入0.4g的氧化还原剂（其中氧化剂、还原剂分别为过硫酸铵与亚硫酸氢钠，质量比为1: 2）和3g的引发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，继续通入高纯氮气10min后密封；
4）将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱中于40℃聚合反应4h，然后从烘箱中取出，加入2g的阻聚剂间二苯酚，自然降温至室温，得到透明胶状聚合物，即为三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺；
5）后续加工：将步骤4）所得三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得阴离子型聚丙烯酰胺白色固体粉末产品。
实施例3
本实施例所提供的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，采用如下步骤制备而成：
1）按比例称取非离子单体甲基丙烯酰胺23g，阴离子单体顺丁烯二酸10g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2g，加入65g的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解，即配制出总单体质量浓度为35%的单体水溶液；
2）向单体水溶液中加入0.1g尿素和0.1g抗坏血酸用作助溶剂、1.0g络合剂乙二胺四乙酸二钠，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，通入高纯氮气30min；
3）向步骤2）所得产物中加入0.5g的氧化还原剂（其中氧化剂、还原剂分别为过硫酸铵与亚硫酸氢钠，质量比为1:1）和5g的引发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，继续通入高纯氮气10min后密封；
4）将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱中于40℃聚合反应5h。然后从烘箱中取出，加入2g的阻聚剂间二苯酚，自然降温至室温，得到透明胶状聚合物，即为三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺；
5）后续加工：将步骤4）所得三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺造粒、75℃烘干、粉碎后制得阴离子型聚丙烯酰胺白色固体粉末产品。
溶解度检测
对实施例所制备的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺粉末，加水制成质量浓度为0.1% 的溶液，结果显示，三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺粉末溶解时间大约在 15~25min 左右。
以市售的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂JX-303作为对照，加水制成质量浓度为 0.1%的溶液，结果显示，溶解时间大约在 1~2h 之间。
以上结果表明：本发明所提供三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺的溶解性较好。
采用上述案例所制备的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺所制成的质量浓度为0.1%的溶液，用于某污水处理厂废水絮凝沉淀性能测评，结果显示：所形成的絮体大、沉降快，表现出良好的絮凝效果，处理后的污水在分光光度计500nm透光率数据见下表1。
进一步地，对实施例所制备的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺进行了性能检测，按照《GB17514-1998水处理剂聚丙烯酰胺》国家标准要求，测定实施例的三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺的分子量、固含量、丙烯酰胺单体含量及溶解时间，实验数据见表1。
表1：产品理化性质检测数据
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术范娜进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺，其特征在于，由单体水溶液、以及占单体水溶液重量0.05%－0.1%的尿素、0.05%－0.15%的抗坏血酸、0.1%－1.0%的乙二胺四乙酸二钠、0.2%－0.5%的氧化还原剂、1%－5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐和1%－2%的间二苯酚制成；其中，所述单体水溶液包括下述重量百分比的原料：甲基丙烯酰胺15%－25%、顺丁烯二酸5%－10%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1%－2%，蒸馏水60%－75%；
所述氧化还原剂是由质量比1：1－2的过硫酸铵和亚硫酸氢钠组成的混合物。
2.权利要求1所述三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按比例取甲基丙烯酰胺、顺丁烯二酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，加入蒸馏水中搅拌至完全溶解，获得单体水溶液；
2）向单体水溶液中加入尿素、抗坏血酸和乙二胺四乙酸二钠，然后转移至反应釜中，通入氮气或惰性气体10－30min；
3）向步骤2）所得产物中加入氧化还原剂和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，继续通入氮气或惰性气体5－10min后密封；
4）将反应釜放入烘箱中于40±10℃进行聚合反应，聚合反应时间为3－5h，反应结束后取出，加入间二苯酚，自然降温至室温，得到透明胶状聚合物，即为三元共聚阴离子型聚丙烯酰胺。
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