[發明專利]近臨界水中聚丙烯酰胺無催化水解制備聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物的方法

無效

• 申請號: 201010196553.0
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101845106A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 呂秀陽;劉體鋒
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08F20/56
• 分類號: C08F20/56;C08F8/12;C08F220/56;C08F220/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及是一種近臨界水介質中聚丙烯酰胺無催化水解制備聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物的方法。

背景技術

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，簡稱PAM)，是丙烯酰胺(acrylamide，分子式CH₂＝CHCONH₂)及其衍生的均聚物和共聚物的統稱。聚丙烯酰胺(PAM)是一種線型的水溶性聚合物，是水溶性聚合物中應用最為廣泛的品種之一。它由丙烯酰胺聚合而得，因此在其分子的主鏈上帶有大量側基-酰胺基。酰胺基的化學活性很大，可以和多種化合物反應而產生許多聚丙烯酰胺的衍生物。聚丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)共聚物是一類用途廣泛的多功能高分子化合物，是水溶性高分子聚電解質中最重要的品種，不同的分子量大小應用領域也不同，主要用于油田開發、礦業、印染、水處理和土壤改良等工農業領域以及醫藥、衛生食品等部門，也可被用作智能水凝膠。近些年，通過AA/AM與其它功能性單體共聚，利用接枝共聚、復合作用、互穿網絡技術等對AA、AM的均聚物或共聚物進行改性，賦予這類聚臺物特殊的物理、化學性能，使其應用更加廣泛，此類研究也越來越引起人們的重視。目前常采用酸堿催化水解法制備聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物，由于酸、堿水解工藝繁瑣，酸、堿催化劑中和后產生大量無機鹽，不僅嚴重污染環境，同時消耗大量的資源、增加了生產成本。

近臨界水通常是指溫度在200℃～350℃之間的壓縮液態水。水在這一區域擁有以下三個重要特性：

1)自身具有酸催化與堿催化的功能：在飽和蒸氣壓下，近臨界水的電離常數在275℃附近有一極大值約為10^-11(mol·kg)²，其值是常溫常壓水的1000倍，且電離常數隨壓力的增加而增大，近臨界水中的[H₃O⁺]和[OH^-]已接近弱酸或弱堿，自身具有酸催化與堿催化的功能，因此可使某些酸堿催化反應不必加入酸堿催化劑，從而避免酸堿的中和、鹽的處理等工序；

2)同時溶解有機物和無機物：在飽和蒸氣壓下，20℃水的介電常數為80.1，而275℃時只有23.5。盡管近臨界水的介電常數仍較大，可溶解甚至電離鹽，但已足夠小以溶解有機物，加上近臨界水的密度大(275℃飽和蒸氣壓下水的密度為0.76g·cm³，近臨界水的介電常數、密度與丙酮相近)，因此近臨界水具有非常好的溶解性能，具有能同時溶解有機物和無機物的特性。這使許多近臨界水介質中的合成反應能在均相中進行，從而消除傳質阻力，提高反應速度，同時反應后只需簡單降溫就可實現蠟水分離，水相可循環使用；

3)物性可調性：近臨界水的介電常數、離子積常數、密度、粘度、擴散系數、溶解度等物理化學性質隨溫度、壓力在較寬的范圍內連續可調，即近臨界水的物性具有可調節性，因此作為反應介質，近臨界水在不同的狀態具有不同的溶劑性質和反應性能。

近臨界水中反應的應用研究包括有機合成反應、廢棄物處理、無機材料合成、煤液化以及生物質資源化等，正是由于人們對這三個特性認識的深入，使近臨界水的應用領域不斷得到擴大。

本發明將近臨界水介質應用于聚合物改性領域，利用近臨界水的特性，實現聚丙烯酰胺的無催化水解制備聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物。由于在水解過程中不需加入任何催化劑，從而解決了酸、堿催化水解的污染難題，過程簡單、綠色，水解產物可用作作織物上漿劑、水質處理劑、聚合物絮凝劑、高吸水性樹脂、聚合物阻垢劑等。

發明內容

本發明的目的是提供一種近臨界水介質中聚丙烯酰胺無催化水解制備聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物的方法。

方法的步驟如下：

1)在高壓反應釜中加入去離子水和聚丙烯酰胺，去離子水與聚丙烯酰胺的質量比為1∶1～40∶1，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2～5分鐘；

2)升溫至200～320℃，水解0.5～15小時；

3)水解液冷卻、卸壓，再在常壓蒸去水份、真空干燥后得到聚丙烯酰胺/丙烯酸固體產物。

本發明步驟1)中“常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2～5min”的目的是利用水蒸氣帶走釜內的氧氣，避免由于氧氣的存在加速聚合物降解；反應釜內攪拌的轉速為400轉/min。

本發明步驟1)中所述的去離子水與聚丙烯酰胺的質量比優選為4∶1～15∶1；步驟2)水解溫度優選為220～260℃。