[发明专利]用于生产水溶性聚电解质的绝热凝胶聚合方法

说明书

本发明的方法涉及使用紫外LED模块或紫外管式光源和紫外LED模块的组合生产水溶性聚电解质的绝热凝胶聚合方法，其中，与当前光引发聚合方法相比，所得聚合物具有更高的产量、更低的残留单体含量以及更低的不溶物。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2018年5月16日提交的第15/981,840号美国申请的权益，其内容通过引用在此并入本文。

背景技术

本发明涉及水溶性聚电解质的生产。所生产的聚合物为阳离子乙烯基聚合物，其可以用作废水处理、矿石和煤炭加工以及造纸中的絮凝剂。具体而言，本方法涉及使用紫外LED模块或紫外管式光源和紫外LED模块组合生产水溶性聚电解质的绝热凝胶聚合方法，其中，与当前的光引发聚合方法相比，所得聚合物具有更高的产量、更低的残留单体含量以及更低的不溶物。

水溶性聚电解质在全球大量用于水处理设施中，以改进所得污水污泥的絮凝和脱水。通常，系统中加入阳离子聚合物以与水中的污染物和溶解的颗粒结合，例如丙烯酸或其衍生物的聚合物、甲基丙烯酸酯和这些酯与丙烯酰胺的共聚物。

在传统的水溶液聚合中，水溶性单体如丙烯酸单体，可以在稀的水溶液中进行聚合，以获得凝胶形式的聚合物，然后可以干燥和粉碎。当这样做时，该聚合可以在施加了反应物层的传送带上以连续的工艺进行或不连续和分批地进行。通常通过混合基于烯键式不饱和单体的单体组合并引发自由基聚合，来合成聚电解质。

然而，很快发现，在较低的反应温度下可以用浓缩的单体溶液和高的反应速率进行光引发聚合，这有利于生产具有高分子量的聚合物。因此，重要的是开发新的光引发剂和光引发剂体系以改进迄今为止开发的产物和方法。

通常工业中使用的光引发剂吸收约250纳米至450纳米的紫外光谱范围内的光，尽管也使用了各种各样的吸收400nm至700nm的光引发剂。光引发剂将这一光能以活性中间体如自由基的形式转化为化学能，以引发聚合。

经光引发剂的光吸收需要光源的发射谱线与光引发剂的吸收带重叠。因此，认识到光引发剂取决于待实现的特定聚合。

过去各种化合物被用于单体聚合过程的引发，无论是阳离子、阴离子或非离子单体。例如，二芳基碘鎓盐和三芳基硫鎓盐是最常见的用作阳离子单体的光引发剂的化合物。从应用的角度来看，最重要的理化光引发剂是其光谱性质(即，光吸收的范围和幅度)和光断裂效率(即，引发阳离子聚合过程的强质子酸的生成效率)。这些特定的光引发剂吸收波长范围在220nm和280nm之间的紫外光，其产生一个重要的技术问题，即没有有效和同时足够强大的紫外光源会在该范围内发射。目前使用的已知的发射商业阳离子光引发剂的吸收光谱内的光的光源为低压汞灯，为低功率光源的氘灯泡。还有氙灯，其为宽带UV-Vis-NIR光源，并只发射300nm以下所供给能量的一部分。因此，在光化学工业中，中压汞灯(MPM灯)最常用作紫外光的光源。然而，这些光源在约365nm的宽波长范围内发射出很大一部分能量，该波长远离了大多数商业光引发剂的最大吸收量，导致较低的产物收率。

光引发剂，如安息香和安息香衍生物，已被用于水溶性单体的聚合物或共聚物的连续生产。

目前阳离子聚电解质的聚合特别包括(甲基)丙烯酰胺、基于阳离子(甲基)丙烯酸酯的单体、和基于(甲基)丙烯酰胺的单体和/或水解稳定的阳离子单体的三元共聚物的聚合。该电解质是通过已知的方法生产的，如乳液聚合、溶液聚合、凝胶聚合和悬浮聚合。

然而，仍然需要开发新的光引发体系，以改进现今的聚合产物和方法。特别地，与当前的光引发聚合方法相比，仍然有此需求，其中所得到的聚合物具有更高的产量、更低的残留单体含量以及更低的不溶物。

发明内容

本发明涉及一种用于生产水溶性聚电解质的绝热凝胶聚合方法。更具体地说，该方法包括提供包括水性丙烯酰胺、烯键式不饱和单体和光引发剂的单体溶液。该聚电解质的聚合可以分批进行或以连续工艺进行。为了开始反应，用氧气吹扫所述单体溶液，并调节pH值和温度以开始该聚合方法。