[发明专利]超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯酰胺类共聚物的制备方法，特别是一种超高分子量阳离子聚丙烯酰胺的制备方法。

背景技术

目前，由于丙烯酰胺聚合物生产成本比较高，产品价格高，因而影响了阳离子聚丙烯酰胺的广泛使用。作为造纸填加剂以及高效絮凝剂使用的阳离子聚丙烯酰胺除了要求相对分子量大、溶解速度快以外，还要求其合成工艺简单易操作、聚合成本价格较低等。聚丙烯酰胺的用途在很大程度上取决于丙烯酰胺系列聚合物的化学组成和相对分子质量。例如高相对分子质量聚丙烯酰胺在污水处理过程中作为絮凝剂来使用，因其用量少、絮凝效果好以及沉淀过滤速度快等优点，日益受到广泛的关注；高分子量低电荷密度的阳离子聚丙烯酰胺在造纸中是最常用的助留剂之一。因其所带电荷与纸浆中纤维所带的电荷相反，可以起到很好的絮凝作用，且不受浆料值的限制，利用填料表面的负电性，用阳离子高分子聚电解质对其进行阳离子化，以增加填料颗粒与纸浆纤维和细小纤维的吸附，从而提高填料的单程留着率，并减少白水中的填含量，减少流失，从而降低成本，还可以降低浆料上网的浓度和灰分，延长成形网的寿命，并且纸页的平滑度和不透明度可以得到改善。

郑怀礼，尤艳飞，邓晓丽等(郑怀礼，尤艳飞，邓晓丽，郑美珍，朱国成，相欣奕，蒋绍阶.高分子量高纯度阳离子聚丙烯酰胺的合成[J].Chinese Journal of Environmental Engineering，Apr.2012，.6.(4)：1075-1080)以丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，在复合引发剂的作用下，选择水溶液共聚法来合成高分子量与高纯度阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，结果得到CPAM分子量为1.042×10⁷，且溶解性好。孙艳萍(孙艳萍，硕士学位论文[D].大庆石油学院，2004，4)采用由氧化还原体系、偶氮化合物和辅助引发剂组成的复合引发体系，通过水溶液自由基共聚合，引发丙烯酰胺与阳离子单体反应，制得的阳离子聚丙烯酰胺相对分子质量最高可达2.276×10⁷。苏文强，杨开吉，沈静等(苏文强，杨开吉，沈静，章文飞.阳离子聚丙烯酰胺/膨润土体系的助留助滤性能[J].Paper and Paper Making，2006，Vol.25No.6：43-45)采用水溶液自由基聚合的方法制备了非离子型聚丙烯酰胺，再经过Hofmann降解法得到阳离子聚丙烯酰胺。然后用正交实验对Hydrocol体系的助留助滤性能进行了研究。实验表明Hydrocol体系最佳配方为阳离子聚丙烯酰胺的加入量0.08％，分子量403万，膨润土用量0.4％，灰分含量最大可提高0.79％，打浆度最大可降低5.13°SR，表明自制阳离子聚丙烯酰胺与膨润土构成的Hydrocol体系具有较理想的助留助滤性能。张红杰(张红杰硕士学位论文[D]，天津科技大学，2002，12)采用复合引发体系，通过水溶液自由基聚合反应，制备出一系列不同分子量和不同电荷密度的高分子量阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，其助留助滤性能，随CPAM阳离子化度的增加而增强，随CPAM相对分子量和用量的增大而增强；在中碱性环境中效果略好；用CPAM和膨润土组成的微粒助留系统可显著提高浆料的留着率和滤水性能。高分子量CPAM与无机絮凝剂复配处理废纸脱墨废水，效果更加理想。超高分子量CPAM和聚合氯化铝(PAC)复配处理箱板纸生产废水，絮凝效果显著。

水溶液聚合是聚丙烯酰胺生产历史最久的方法，该方法在生产中既安全又经济合理，至今仍是聚丙烯酰胺的主要生产技术。由于二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)聚合物具有高效无毒，正电荷密度高，价格低廉等特点，所以应重点开展丙烯酰胺(AM)与DMDAAC的聚合研究，优化合成工艺，寻找产品最佳适用条件以及与其它化学试剂配合等方面的研究，从而使开发的产品效果更好，成本更低，应用更加广泛。

综上所述，前人在制备高相对分子质量的阳离子聚丙烯酰胺的研究上，采用多种引发体系，选择不同单体进行聚合来制备。

在随着科技的发展，文明的进步，人们希望开发出一种高效无毒，价格低廉，合成工艺简单，环境友好型的高性能高质量的丙烯酰胺类聚合物，以满足现代工业和生活的需要，促进世界文明的发展，提高生活质量。

发明内容

本发明采用水溶性偶氮化合物为引发剂，其具有如下特点：1.在链增长过程中不会改变聚合体系的pH值；2.只须加入少量的水溶性偶氮引发剂，聚合反应即可获得接近100％的转化率；3.水溶性偶氮化合物分解后形成以碳元素为中心的自由基，夺氢能力较弱，所得聚合物分子的支链较少，高分子链较为伸展，在水溶液中聚合物分子的流体动力学体积较大，聚合物产品的增粘效果较好。