[发明专利]一种水溶性聚合物分散液的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种水溶性聚合物分散液的制备方法，制备一种不含油份的水性的具有多相态的聚合物分散体，如制备聚丙烯酰胺水分散液，可用作造纸助留助滤剂，造纸施胶剂，造纸增强剂，水处理絮凝剂和凝结剂，增稠剂，减阻剂等。

背景技术：

水溶性聚合物被大量地用作固液分离絮凝剂，以及以絮凝为核心机制的许多工艺过程。其中离子型聚丙烯酰胺是应用最广泛的絮凝剂。通常的聚丙烯酰胺合成产品包括两类，固态粉末状或乳液状液体产品。固态聚丙烯酰胺类产品一般由反向悬浮聚合方法制备，产品包装和运输方便，但是在使用过程中存在溶解困难的问题，由于固体产品溶解速度比较慢，需要长时间的机械搅拌导致聚合物链的剪切降解，并且对于丙烯酸酯类的水溶性聚合物往往在溶解过程中发生一定程度的水解。乳液型聚丙烯酰胺液体产品溶解性好，目前工业上广泛应用的是油包水型含油乳液水溶性聚合物，其中含有聚丙烯酰胺(一般含量可以到40-50％)，能够在水中速溶(溶解时间在15-20分钟内)，但是这种油包水型聚合物乳液中，通常存在15-30％的长链烷烃有机溶剂，这些有机溶剂不仅增加了产品成本，在造纸，矿物加工等工艺过程中会产生一定的负面影响，而且会加大水中的COD和BOD负荷。为了解决有机溶剂带来的问题，另一种无油的水溶性聚合物液体产品被开发出来，由于其外观类似乳液却不含烃类溶剂，因此又称作“水包水”乳液或者“水包水”聚合物分散液。水包水聚合物分散液的制备方法一般是在含有分散剂的聚合物溶液中进行水溶性单体的聚合，在聚合过程中或之后加入无机盐分散，得到具有流动性的水溶性聚合物水分散体。尽管对于水包水乳液聚合物的研究非常广泛，但是实际应用中成功的产品却很少，因为制备具有工业化价值的水包水聚合物水分散液，本身具有很高的挑战性，难点在于：根据水包水乳液的形成机理，水包水乳液的聚合过程属于沉淀聚合的范畴，在聚合过程中，水溶性分散剂与聚合单体都溶解在水中，在水溶性分散剂溶液中，目标聚合物的溶解度将降低。聚合反应开始后，单体浓度越来越低，聚合物分子量越来越高，聚合物浓度也越来越大。当聚合物分子量或者浓度达到临界值时，聚合物开始在体系中以沉淀析出。这种沉淀通过吸收分散剂形成细微粒，并且这种微粒通过吸收体系中新沉淀出的聚合物分子链逐渐增大，最终形成球状聚合物微粒，随着溶解和高度分散在水相中的高分子量的聚合物增加，将给水包水型乳液带来很高的粘度，其运动粘度可以达到10万厘泊已上。研究表明，乳液粘度增加是由于连续相中高分子链之间的滑动摩擦以及聚合物粒子间粘性碰撞造成，为了降低产品粘度，常规的技术均是通过添加大量的有机聚合物或无机盐离子型分散剂，如水溶性低分子量有机聚合物、水溶性小分子有机物或者水溶性无机盐，并且添加量往往达到与高分子聚合物数量相当的地步，无机盐分散剂的添加量也高达10-15％。这一做法旨在降低高分子量聚合物在体系中的溶解度，通过对聚合物的沉淀作用降低体系粘度。但是过多离子型物质的加入，将导致聚合产物分子量降低，因此常规的方法将难以获得高分子量的聚合产物，而具有较高的分子量恰恰是絮凝剂产品的重要特征。如：海茂株式会社在中国专利CN1543484公开了一种两性水溶性高分子分散液的制备方法，在盐水溶液中，使特定的摩尔百分比范围的包含季铵盐基团的甲基丙烯酸系单体和丙烯酰胺类单体共聚，得到包含粒径为100μm的高分子微粒的两性水溶性高分子(聚丙烯酸和聚丙烯酰胺)分散液，并将其用在污泥脱水、造纸原料的预处理或助留助滤过程。纳尔科化学公司在一系列专利CN1214053A、CN 1662627A和CN 1189623C中公开了分别具有阴阳离子性聚合物水分散液的制备方法。在该方法中利用具有相同电荷的聚合物作为分散剂，同时加入5～40重量％的无机盐分散剂，经分散聚合后可以得到乳白色的分散液。这种水分散液体系可以有效提高聚合物在水中的溶解效果。但是本领域的技术人员可以预见，这种降低聚合物溶解度的方法均会降低聚合物本身的分子量，而聚合物分子量的降低将严重降低其絮凝效果和其他应用性能。特别是使用大量的无机盐作为分散剂，对聚电解质的溶解性能影响很大，形成的聚合物分子量偏低且微粒往往比较致密，虽然产品粘度比较低，但是产品的溶解速度将会发生明显的降低，这在应用过程是非常不利的，同时残留在分散液产品中的无机盐在工业应用过程的影响也多是不利的。

发明内容