[发明专利]一种阳离子树核星形聚合物造纸助剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种阳离子树核星形聚合物造纸助剂的制备方法。首先采用三羟甲基氨基甲烷与端酯基的半代树枝状聚酰胺-胺进行酰胺化反应，合成端羟基树枝状大分子；随后对其进行端基修饰，合成树枝状多官能团引发剂；然后以该树枝状多官能团引发剂为引发起始核心，过渡金属卤化物/络合配位体为催化体系，引发季铵型阳离子单体进行原子转移自由基聚合，合成阳离子树核星形聚合物。本发明可以很好地控制聚合物分子的拓扑结构、分子量及分子量分布，单体转化率和引发剂效率较高。制得的阳离子树核星形聚合物在造纸工业中用作阴离子垃圾捕捉剂和控制剂、助留助滤剂、施胶增效剂等。

主权项

一种阳离子树核星形聚合物造纸助剂的制备方法，步骤如下：(1)采用三羟甲基氨基甲烷与端酯基的半代树枝状聚酰胺‑胺(Gn.5PAMAM)反应，合成端羟基树枝状大分子在磁力搅拌下，预先将三羟基甲基氨基甲烷溶于二甲基亚砜中，得三羟基甲基氨基甲烷的二甲基亚砜溶液，备用；将半代树枝状聚酰胺‑胺(Gn.5PAMAM)加入反应器中，在搅拌、通入氮气下向反应器中滴加二甲基亚砜，使半代树枝状聚酰胺‑胺完全溶解，混合均匀后，向反应器中加入无水碳酸钾。然后在搅拌及通氮气下向反应器中滴加预先配制好的三羟基甲基氨基甲烷的二甲基亚砜溶液；滴加完毕将反应器内的温度升至25～60℃，在搅拌下反应1～5天；反应完成后，停止搅拌将反应液静置、过滤以除去碳酸钾；在得到的液体中加入无水乙醚将粗产物沉淀出来并用乙醚洗涤；再用蒸馏水将得到的粘稠液体溶解，加入丙酮，搅拌后静置使其分层，收集下层液；将收集的液体进行减压蒸馏，即得端羟基树枝状大分子Gn.5PAMAM‑OH；所述半代树枝状聚酰胺‑胺(Gn.5PAMAM)，是指端酯基数分别为4、8、16、32、64的第0.5、1.5、2.5、3.5、4.5代树枝状聚酰胺‑胺之一，分别简记为G0.5PAMAM、G1.5PAMAM、G2.5PAMAM、G3.5PAMAM、G4.5PAMAM；反应制得的端羟基树枝状大分子Gn.5PAMAM‑OH为端羟基数分别是12、24、48、96、192的G0.5PAMAM‑OH、G1.5PAMAM‑OH、G2.5PAMAM‑OH、G3.5PAMAM‑OH、G4.5PAMAM‑OH；(2)采用2‑溴代异丁酰溴对步骤(1)制得的端羟基树枝状大分子Gn.5PAMAM‑OH进行端基修饰，合成树枝状多官能团引发剂在冰水浴及搅拌下，预先将2‑溴代异丁酰溴溶于N，N二甲基甲酰胺中，得2‑溴代异丁酰溴的N，N二甲基甲酰胺溶液，在0～5℃下密闭保存备用；在反应器中加入步骤(1)制得的端羟基树枝状大分子Gn.5PAMAM‑OH，在冰水浴、搅拌、通入氮气保护下向反应器中滴加N，N二甲基甲酰胺；待端羟基树枝状大分子Gn.5PAMAM‑OH完全溶解后向其中加入三乙胺，混合均匀后向其中缓慢滴加预先配制好的2‑溴代异丁酰溴的N，N二甲基甲酰胺溶液；滴加完后在0～5℃下反应1～12h，然后调节反应器内的温度为25～60℃，再继续反应1～48h；反应完成后将反应液减压蒸馏除去溶剂，将粗产物再溶于乙醚中，并先后用饱和碳酸钠水溶液和去离子水洗涤，得到的有机相用无水MgSO4干燥，过滤，经减压蒸馏除去乙醚，再经真空干燥即得树枝状多官能团引发剂Gn.5PAMAM‑Br；该树枝状多官能团引发剂Gn.5PAMAM‑Br为端官能团数分别是12、24、48、96、192的G0.5PAMAM‑Br、G1.5PAMAM‑Br、G2.5PAMAM‑Br、G3.5PAMAM‑Br、G4.5PAMAM‑Br；(3)以步骤(2)制得的树枝状多官能团引发剂Gn.5PAMAM‑Br为引发起始核心，过渡金属卤化物/络合配位体为催化体系，引发季铵型阳离子单体进行原子转移自由基聚合，合成阳离子树核星形聚合物在反应器中加入溶剂，在搅拌并通入氮气下加入步骤(2)制得的树枝状多官能团引发剂Gn.5PAMAM‑Br、季铵型阳离子单体、过渡金属卤化物和络合配位体，并以溶剂调节季铵型阳离子单体浓度为10～80wt％；反应物混合均匀后，将反应器内抽真空、再充氮气，反复三次后在通入氮气下密封；将反应器内的温度升至25～130℃，并以磁力搅拌恒温反应1～48h；反应结束后将反应液冷却至室温，加入丙酮将粗产物沉淀出来，再加入乙醇溶解聚合物，通过中性氧化铝柱除去催化剂；在溶液中加入丙酮重新将产物沉淀出来，并经丙酮浸泡洗涤，在真空下干燥即得阳离子树核星形聚合物；所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N，N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、去离子水之一或其中两者的组合；过渡金属卤化物为CuCl或CuBr；络合配位体为2，2’‑联吡啶、N，N，N′，N″，N″‑五甲基二乙烯三胺、三(N，N‑二甲氨基乙基)胺、六甲基三亚乙基四胺之一或其中两者的组合；季铵型阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵。