[发明专利]（甲基）丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗盐抗水解阳离子聚丙烯酰胺的制备技术，特别是一种高相对分子质量，系列阳离子度的（甲基）丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制法。

背景技术

阳离子聚丙烯酰胺是目前用量最大，应用范围最广的水溶性高分子类别之一，在水处理、采油、造纸、纺织等诸多领域有着广泛的应用。由于阳离子聚丙烯酰胺带正电荷，可与水中带负电荷微粒结合起到电中和及吸附架桥作用，非常适合于在有机质含量高的印染、造纸、含油废水等工业废水的处理，以及污、淤泥脱水处理中作为絮凝剂使用。大多数阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂是通过阳离子单体与丙烯酰胺（Acrylamide，AM）共聚而得到。其中占据当今主要国内外市场份额的是二烯丙基季铵盐类和丙烯酰氧烷基季铵盐类阳离子单体产品，国内外也有大量关于丙烯酰胺和这两类阳离子单体共聚得到阳离子聚丙烯酰胺的专利报道。但以二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为代表的二烯丙基季铵盐类阳离子单体由于空间位阻大，聚合活性不高，在高阳离子度聚丙烯酰胺制备时，难以获得高相对分子质量和高单体转化率的聚合物产品；而以甲基丙烯酰氧乙基三甲基铵(DMC)，丙烯酰氧乙基三甲基铵(DAC)为代表的丙烯酰氧烷基季铵盐类单体虽然聚合活性高，易于得到高相对分子质量和高转化率的聚合物产品，但这类单体分子结构含有酯基，在聚合物的常规使用浓度下易水解而降低絮凝性能，在高pH值下无法使用，存在明显的缺点。

（甲基）丙烯酰胺烷基氯化铵类季铵盐结构与丙烯酰氧类阳离子单体类似，也具有较高的聚合活性，同时由于以酰胺基代替酯基，克服了丙烯酰氧类阳离子得到的阳离子聚丙烯酰胺易水解，在高pH值环境下无法使用的缺点，其以甲基丙烯酰胺丙基三甲基铵(Methacrylamido propyl trimethyl ammonium chloride，简称MAPTAC)，丙烯酰胺丙基三甲基铵(Acrylamido propyl trimethylammonium Chloride，简称APTAC)为代表，由MAPTAC或APTAC与AM经由自由基聚合反应生成聚合物的反应表达式如下：

作为线状高分子，不同阳离子度（阳离子单体占总单体的摩尔分数）的阳离子聚合物有着不同的阳离子密度，从而对应着不同的性质和应用性能；作为絮凝剂，高相对分子质量的聚合产物的获得意味着更好的应用性能。由此，开发高相对分子质量，系列阳离子度阳离子聚丙烯酰胺对于提高其应用性能，拓展其应用领域有着至关重要的意义。研究者在以丙烯酰胺(AM)和（甲基）丙烯酰丙基三甲基氯化铵为单体进行聚合反应制备阳离子聚丙烯酰胺，通过工艺优化来力图提高产物的相对分子质量。

对比文献1以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)为单体，采用过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂，盐酸或氢氧化钠调节反应体系pH值，恒温反应，将一半AM单体在反应过程中缓慢滴加，得到共聚物乳液产品，将乳液经有机溶剂洗涤后烘干，得到共聚物干粉产品。其最佳合成工艺为过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂且用量为单体总质量的0.04%，反应时间2h，pH值为4，反应温度55℃，nAM:nMAPTAC=3，产物相对分子质量达到3.73×10⁶，阳离子度38.71%。

对比文献2采用反相乳液聚合的方法，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过氧化氢异丙苯-亚硫酸氢钠为氧化-还原引发剂，对AM、阳离子单体MAPTAC进行共聚反应，制备了一种增稠性能好，耐盐性能高的阳离子型印花涂料用增稠剂。引发剂用量占单体质量分数0.06%，阳离子单体占总单体质量分数32%，还原剂水溶液滴加速率0.124mL/min，交联剂用量占单体质量分数0.014%，乳化剂用量占单体质量分数12%，所得增稠剂具有良好的增稠性，流变性和耐盐性，单体转化率为99.14%。

对比文献1聚合前需进行pH值调节，采用了活泼单体AM逐步加料的方法，制备工艺相对复杂，得到的为共聚物乳液产品；而对比文献2则采用了反相乳液聚合的方法，聚合过程需加入乳化剂、交联剂等，不仅工艺复杂，且使得产物成分复杂化，不易分离。另外，对比文献均具有阳离子聚丙烯酰胺产物相对分子质量不高，阳离子度系列化程度单一的缺陷。

上述缺陷造成至今为止，应用现有各种工艺方法难以得到相对分子质量较高，阳离子度系列化的丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚的阳离子聚丙烯酰胺的水溶液聚合工业化的制备方法。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单，易于工业化生产的（甲基）丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制法。