[發明專利]甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制備方法

在審

• 申請號: 201510405145.4
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN105111366A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 畢可臻;蔣健美;唐栩靚;陸偉
• 申請（專利權）人: 杭州市化工研究院有限公司
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F220/34;C08F2/10
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體

技術領域

本發明涉及水溶性高分子化合物技術領域，具體涉及一種陽離子度系列化的高分子化合物甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制備方法。

背景技術

甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨(MethacrylamidoPropylTrimethylAmmoniumChloride，簡寫為MAPTAC)與丙烯酰胺(Acrylamide，簡寫為AM)的共聚物Poly(MAPTAC-co-AM)，是一種陽離子型聚電解質，具有大分子鏈上所帶正電荷密度可調，陽離子單元結構穩定，相對分子質量和陽離子度易于通過不同制備工藝條件加以控制，水溶性好，高效無毒，pH適用范圍廣等特點，廣泛應用于石油開采、造紙、紡織印染、日用化工及水處理等領域。由MAPTAC和AM經自由基共聚合反應生成Poly(MAPTAC-co-AM)的反應表達式如下：

目前制備陽離子聚丙烯酰胺常用的陽離子單體主要有二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨等，其中，二甲基二烯丙基氯化銨存在反應活性較低的缺點，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨分子中有酰氧基團不穩定易水解，而甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨則不存在上述問題，因此得到了越來越多的重視。文獻1(PhillipsKG，BallweberEG，EdwardsKR.Water-in-oilemulsionscontainingcopolymersofMAPTACandacrylamide[P].CA：1133788，1982-10-19)使用反相乳液聚合方法，制備不同陽離子度Poly(MAPTAC-co-AM)。其中油相組成為石蠟、Span-80和烷基惡唑啉乳化劑，水相組成為AM溶液，MAPTAC溶液，去離子水，異丙醇，乙二胺四乙酸鈉和硫酸，引發劑為偶氮二異丁腈。反應步驟為先向1L的燒瓶中加入油相，攪拌后加入水相，升溫到46℃反應1.5h，同時通氮。加入引發劑后在46～47℃下繼續反應4h，再在75℃下反應1h。得到10％和17％陽離子度產物特性粘數為11.4和8.98(單位及測量條件未寫明)。該研究制備了不同陽離子度的產物，但是乳液聚合存在著操作復雜，溶劑回收需破乳等繁瑣工序，生產效率低，設備利用率低等缺點。文獻2(原金海，程燕.陽離子高分子絮凝劑的制備及絮凝性能研究[J].化學工業與工程技術，2011，32(5)：5-10)以分析純丙烯酰胺和工業品甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨為原料通過水溶液共聚合成了陽離子高分子絮凝劑Poly(MAPTAC-co-AM)，并對合成工藝進行了研究。采用AM單體補加方法，使用過硫酸銨-亞硫酸氫鈉為引發劑且用量為單體總質量的0.04％，反應時間2h，pH值為4，反應溫度55℃，n(AM)：n(MAPTAC)＝3(理論陽離子度為25％)的條件下，產物相對分子質量可達3.73×10⁶(特性粘數為8.12dL/g，c(NaCl)＝1mol/L的水溶液，25℃下用烏氏粘度計測量)，陽離子度為38.71％，產物粗產率達81.63％。然而，該工藝研究對單體的純度要求較高，制備工藝復雜，陽離子度產品單一，不利于工業化生產和產品應用。

發明內容

為解決目前制備方法中存在著制備工藝操作復雜，陽離子度產品單一，不利于工業化生產和產品應用的問題，本發明提供了一種甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制備方法，工藝簡單穩定，操作成本低，產物相對分子質量高以及陽離子度系列化程度高，反應體系抵御金屬離子阻聚能力強并且易于工業化生產。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制備方法為，在惰性氣體保護下，以甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨單體與丙烯酰胺單體為反應原料，加入金屬離子螯合劑、引發劑、水，調節固含量為15％～50％，經三步升溫引發聚合反應，得到共聚物。

作為優選，共聚物的陽離子度為10％～90％，即甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨單體與反應原料的摩爾比為1～9∶10，反應原料為甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨單體與丙烯酰胺單體之和，甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨單體含有陽離子。