[發明專利]一種P（AM?DMDAAC）的合成方法

在審

• 申請號: 201710025931.0
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106749897A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李偉;鄭懷禮;趙傳靚;丁俊文;郝偲言
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F226/02;C08F2/48;C08F2/01
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 孔玲瓏

技術領域

本發明屬于有機合成技術領域，具體涉及一種P(AM-DMDAAC)的合成方法。

背景技術

陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)是目前使用廣泛的污泥調理劑。隨著水質的不斷惡化和排水量的不斷增大，導致污水處理量增多和處理深度加大，進而污泥量變大。因而對于陽離子聚丙稀酰胺(CPAM)，無論是其需求量還是種類都必不可少。然而傳統的陽離子聚丙稀酰胺(CPAM)大多陽離子單元分布不集中而使得正電荷密度較小，從而限制了其在污泥脫水中的應用。

針對陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)的缺陷，人們研發了P(AM-DMDAAC)即聚(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化銨)，目前合成的方法為通常是以丙烯酰胺(AM)單體、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)單體，低分子聚丙烯酸鈉(PAAS)為模板，通過紫外引發聚合合成P(AM-DMDAAC)，而紫外合成是關鍵。

近年來，紫外光(UV)引發水溶液聚合技術引起了學者的注意，因為這種方法是環保、節能，并反應速率較快生產。高壓紫外光燈主要使用功率為500-1000W，主要波長為365nm。另外使用200-W高壓汞燈光照120分鐘可以通過疏水聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺。此外，這些研究還報道了在UV引發下表面改性的改進。

然而，一些新問題隨之出現。極端溫度是高壓紫外線引發中最大的問題，其記錄高達60-70℃。另外為了確保聚合反應在適宜恒定的條件下，必須添加復雜的冷凝設備以降低溫度。因此，設備會增加生產成本并在工業生產和操作困難。另一方面，極端溫度導致聚合物的交聯，進一步導致絮凝劑的溶解度降低。此外，高壓紫外光具有更高的穿透性，因此被認為會造成車間勞動者的重大安全威脅，而且高壓紫外光能耗更大，不建議在工業生產。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種合成效果好、安全性高的P(AM-DMDAAC)的合成方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種P(AM-DMDAAC)的合成方法，其特征在于，以AM單體(丙烯酰胺)、DMDAAC單體(二甲基二烯丙基氯化銨)、尿素和作為模板的PAAS(丙烯酸鈉)，在低壓紫外光的作用下引發聚合反應來合成P(AM-DMDAAC)，即聚(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化銨)。

具體包括以下步驟：

1)向廣口瓶中加入AM單體和蒸餾水，然后依次加入PAAS、DMDAAC單體、尿素和EDTA，然后攪拌至完全溶解，形成混合溶液。

2)調節混合溶液的pH值至4，再通氮驅氧；然后在氮氣氣氛中加入偶氮引發劑，并繼續通氮氣10min，再將廣口瓶密封，形成密封反應體系。

調節pH是因為若反應體系pH值過低，則聚合過程中AM單體上的酰胺基(-CO-NH₂)容易發生分子間或分子內的酰亞胺化反應，導致聚合產物交聯或產生支鏈，降低模板聚合物的極限粘度；若反應體系pH值過高，則會加快鏈轉移速率，影響鏈增長，無法形成較高極限粘度的聚合產物。是以，調節體系PH＝4可使得AM被充分利用。

3)將密封反應體系置于波長為253.7nm、功率為24W的紫外光下照射1h以上，然后靜置該密封反應體系2h以上，在密封反應體系生成的透明膠體狀物質即為P(AM-DMDAAC)。其反應的方程式為：

為了進一步提純，還可以包括步驟4)：將透明膠體狀的P(AM-DMDAAC)解于蒸餾水，并加入鹽酸調節pH調節至pH<2，再加入無水乙醇進行洗滌提純，得到沉淀；將剪碎上述沉淀，并再次用無水乙醇進行洗滌提純；重復剪碎、洗滌提純若干次后，將得到的沉淀于60℃下干燥至恒重，即得白色固體狀的P(AM-DMDAAC)。

其中：在步驟1)中的混合溶液中，AM單體和DMDAAC單體的質量分數之和為25％，是因為在單體總質量分數較低的情況下，單體與紫外光照射所產生的活性自由基的碰撞概率降低，單體與單體之間接觸機會減少，影響分子鏈的產生和增長，并且降低聚合反應的速率，因此聚合產物的極限粘度較低；而當單體總質量分數過高時，單體與單體、單體與活性自由基之間接觸碰撞的概率增加，導致聚合反應的速率加快，產生的聚合反應熱無法及時散去，易產生鏈轉移和鏈終止反應，降低聚合產物的極限粘度。此外，單體總質量分數過高還會導致的聚合產物分子結構嚴重的交聯支化，使其在水中的溶解度降低，如圖1所示。