[发明专利]一种阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水溶性高分子合成技术领域，尤其涉及一种阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液的制备方法。

背景技术

聚丙烯酰胺的结构特点和齐全品种使之在国民经济的各个领域中得到了广泛应用，享有“百业助剂”之称。在我国，由于石油资源短缺、水资源匮乏、森林资源缺少，聚丙烯酰胺在石油、水处理和造纸三大领域中的应用尤其重要，具有战略意义。

合成聚丙烯酰胺的方法包括溶液聚合、反相悬浮聚合和反相乳液聚合。溶液聚合反应后期粘度十分高，搅拌和散热非常困难，需要使用专门的设备干燥造粉，复杂的工艺流程往往会导致聚丙烯酰胺链发生交联和降解等副反应，同时干粉型聚丙烯酰胺在使用前溶解困难，需要很长时间和特殊的溶解设备。乳液型的聚丙烯酰胺具有很好的溶解性，但此种方法需要用到大量的烃类有机溶剂和表面活性剂，易对环境造成二次污染。

水分散聚合（aqueous dispersion polymerization，也称之为水包水聚合或双水相聚合）由于生产效率高，工艺绿色环保，产品溶解和絮凝性能优异成为各国研究重点。欧洲专利EP0183466和EP0657478，美国专利USA4929655和USA5006590均描述了在含有多价阴离子盐和聚合物稳定剂的水溶液中，通过丙烯酰胺，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵共聚合得到水包水乳液，但其在制备的过程中体系黏度很高，对搅拌和传热均提出较高要求。

水包水聚合关键在于通过自由基聚合形成的聚合物链及时从体系中沉淀析出，形成初级粒子，同时迅速吸附分散剂，形成稳定的乳胶粒，避免因体系粘度暴增导致凝胶。CN1884324A通过引入疏水单体共聚降低丙烯酰胺溶解度，使之及时析出，同时采用阳离子聚合物和聚合多元醇复合稳定剂提高稳定效果。CN101016352A则采用含有苄基的阳离子单体降低丙烯酰胺溶解度；CN1709945A采用加成聚合阳离子聚合物和缩合聚合阳离子聚合物的复合稳定剂，由于缩合聚合物分子量低，因此具有更好的稳定效果。

由此可见分散剂的选择对反应有着重要影响，上述专利均采用线性阳离子高分子（主要是聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）或阳离子单体与非离子单体的共聚物（如丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚物）作为分散剂，利用高分子吸附在粒子表面产生的空间位阻作用稳定乳胶粒，这要求分散剂具有较高分子量（通常在50～100万），以提供足够的位阻，这带来一系列问题：首先，反应在高盐介质中进行，分子量过高的分散剂很难快速溶解，其分子链处于蜷缩状态，大大降低了其吸附速率和稳定作用；其次，分散剂分子量过高造成反应初期体系黏度较大，加上高分子链难以扩散运动，反应初期分散剂的吸附速率很慢，常因不能及时稳定析出的乳胶粒而使聚合失败；再次，阳离子分散剂带有大量正电荷，其与析出的乳胶粒存在静电排斥作用，吸附较慢，特别是反应初期，乳胶粒所带正电荷较高（由于阳离子单体与非离子单体的竞聚率差别引起）排斥非常强烈，分散剂很难起到稳定作用，反应初期极易产生粒子聚并而使聚合失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中聚丙烯酰胺水包水乳液制备过程中所采用的分散剂因分子量过高而使得分散剂的吸附速率很慢、稳定作用差、更可能在反应初期常因不能及时稳定析出乳胶粒或乳胶粒极易产生粒子聚并而导致聚合失败等上述缺陷，提供一种阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液的制备方法，在该制备方法中采用了一种分子量较小、正电荷密度低、侧链空间位阻强的梳型接枝共聚物作为分散剂，该分散剂具有粘度小、扩散与吸附迅速、分散稳定效果好等优点，并且该分散剂的分子结构可调，对不同聚合体系可设计不同结构，针对性强，有效地降低了聚合体系粘度、提高了产物固含量和水包水乳液的稳定性，且利用本发明所述制备方法获得的阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液还具有溶解速度快、分子量高和流动性良好等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液的制备方法，制备步骤如下：

（1）将非离子单体A、阳离子单体B、无机盐C以及分散剂D按比例加入到反应器中，加水溶解得到反应液，调节pH为4.0~5.5；其中，无机盐C占25-40wt%，非离子单体A和阳离子单体B共占15-30wt%，分散剂D占1-3wt%，余量为水；

（2）将步骤（1）得到的反应液升温至30-50°C，通氮气除氧，加入引发剂I，进行加成聚合反应；引发剂I的加入量占步骤（1）中非离子单体A和阳离子单体B总重量的0.01-0.05wt%；

（3）保温反应10小时后，冷却到室温，出料，制得阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液；