一种疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的制备
【技术领域】
[0001] 本发明属于阳离子高分子絮凝剂，具体涉及了一种新型水溶性阳离子单体的制备 和以其为基础的疏水改性阳离子聚丙酰胺的新型制备方法。 技术背景
[0002] 当前，水环境污染已成为我国重大环境问题之一。因此研究开发高效、经济的污水 处理技术具有十分重要的意义。目前国内外众多水处理方法中，絮凝沉淀法因其工艺简单、 操作方便、处理效率高等优点而广泛应用于工业和生活用水的治理和循环利用上。
[0003] 目前，絮凝剂产品可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、复合絮凝剂、微生物絮凝剂四 大类。其中有机高分子絮凝剂分子量大、种类多、吸附架桥能力强，与其他种类的絮凝剂相 t匕，具有用量少、絮凝脱水能力强、沉降速度快等优点，近几年受到广泛重视，其应用前景广 阔。由于污水中的胶体和悬浮颗粒带负电荷，使用阳离子絮凝剂可以有效的中和颗粒所带 电荷，达到絮凝的目的。因此，阳离子型高分子絮凝剂已成为合成有机高分子絮凝剂的主要 产品。目前在合成的有机阳离子高分子絮凝剂中，主要是季铵盐类和聚胺类产品，其中阳离 子改性聚丙烯酰胺占有很大比例。
[0004] 阳离子改性聚丙烯酰胺一般通过共聚或曼尼奇反应获得，主要产品例如，季铵化 阳离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺与N，N-二甲基胺基丙烯酰胺共聚物等。在污水处理的絮凝过 程中，高分子絮凝剂通过吸附、电荷中和架桥等作用，将污水中微小的颗粒絮凝成较大的粒 子，形成沉淀，达到污染物从水中分离的目的。在这类阳离子高分子絮凝剂的结构中，离子 度和分子量是决定絮凝效能的重要因素。由于通常阳离子单体的聚合活性低于丙烯酰胺单 体。因此阳离子单体含量过高时，势必影响聚合物的分子量，同时也会增加聚合物的分子内 相互作用，影响絮凝作用。因此一般聚合物絮凝剂产品组成中，两者均维持在一个合理的水 平上，但普遍存在絮凝分离效能、絮团结构强度和含水量以及脱水滤饼含水量等方面的不 足。
[0005] 根据高分子絮凝剂的现状及发展趋势，设法在高分子链结构中引入疏水基团，增 进疏水作用，改善絮凝剂的絮凝效果。然而一般疏水单体难溶于水，给共聚合带来困难。另 外疏水含量过高也会给絮凝剂产品带来溶解性差的问题。水溶性疏水缔合聚合物，是现在 研究的热点。其中阳离子型疏水缔合聚丙烯酰胺，由于其独特的吸附絮凝性能和杀菌作用， 已作为一种水处理剂在环保领域得到了广泛的应用。在这种离子型疏水缔合聚合物体系 中，同时存在静电作用和疏水缔合作用，能够引起聚合物链形态的多种变化并对外界刺激 具有响应性，产生复杂的缔合行为和丰富的分子聚集结构。聚合物大分子链上疏水基团与 离子基团之间的相对位置，以及离子基团与聚合物链之间的相对位置是影响聚合物疏水缔 合作用的主要因素。离子基团的存在虽然能够提高聚合物的水溶性，但是离子基团之间的 静电排斥相互作用也会干扰大分子链间的疏水缔合相互作用，以及大分子聚集体的动力学 稳定性，使聚合物的疏水缔合效果不理想。因此需要选择离子基团和疏水基团之间合适的 匹配结构，使聚合物的水溶性和疏水缔合作用两者同时提高。现在疏水缔合聚合物的制备 方法仍限于传统的胶束共聚合技术，即在聚合体系中加入小分子表面活性剂来增溶疏水单 体，但这种方法对聚合过程和共聚合产物带来了很多负面影响和环境污染问题。因此需要 开发一种新型水溶性阳离子单体，其结构中离子基团和疏水基团合理匹配，使单体及其聚 合物同时具有良好的水溶性和较高的自缔合能力。由这类功能性单体建立的疏水缔合微多 相水溶液共聚合新体系，可有效替代传统表面活性剂胶束反应体系，为制备高性能的水溶 性疏水缔合聚合物，提供一种新型环保又简单的共聚合新方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种新型水溶性阳离子单体和以其为基础的疏水改性阳 离子聚丙酰胺的新型制备方法。
[0007] 该方法包括以下步骤：第一步，以化合物1为原料，乙醚存在条件下，和二甲氨基 乙醇反应制备得到化合物2,第二步，化合物2和长链溴代烷在极性非质子溶剂条件下发生 亲核取代反应制得新型水溶性阳离子单体化合物4,第三步，以化合物4和丙烯酰胺为原 料，采用疏水缔合微多相水溶液共聚合体系，水溶性引发剂引发，得到化合物5。
[0008] 第一步中使用的二甲氨基乙醇既作为反应原料，又起到酸缚剂的作用。化合物1 甲基丙烯酰氯和二甲氨基乙醇的摩尔比为1 :2。
[0009] 第二步中所用长链溴代烷可以为1-溴代正辛烷、1-溴代正癸烷、1-溴代十二烷、 1-溴代十四烷、1-溴代十六烷。极性非质子溶剂可以为丙酮，二甲亚砜，乙腈。
[0010] 第三步中所用化合物4的浓度需在其临界胶束浓度之上，体系在未添加表面活性 剂条件下在分子链上引入了以无规微嵌段结构分布的疏水长碳链，采用的水溶性引发剂可 以为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化氢-亚铁盐体系、过硫酸盐-亚铁 盐体系、过硫酸盐-亚硫酸盐体系。
[0011]
【主权项】
1. 一种疏水改性阳离子聚丙烯酰胺（甲基丙烯酰氧乙基N烷基二甲基溴化铵-丙烯 酰胺共聚物）的合成方法，该方法包括以下步骤：第一步，以化合物1为原料，乙醚存在条件 下，和二甲氨基乙醇反应制备得到化合物2,第二步，化合物2和长链溴代烷在极性非质子 溶剂条件下发生亲核取代反应制得化合物4,第三步，以化合物4和丙烯酰胺为原料，采用 疏水缔合微多相水溶液共聚合体系，水溶性引发剂引发，得到化合物5.
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中使用的二甲氨基乙醇既作为反应 原料，又起到酸缚剂的作用，化合物1甲基丙烯酰氯和二甲氨基乙醇的摩尔比为1 :2。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中所用长链溴代烷可以为1-溴代正 辛烧、1-溴代正癸烧、1-溴代十二烧、1-溴代十四烧、1-溴代十六烧。极性非质子溶剂可以 为丙酮，二甲亚砜，乙腈。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步中所用化合物4的浓度需在其临界 胶束浓度之上，体系未添加表面活性剂条件下在分子链上引入以无规微嵌段结构分布的疏 水长碳链，采用的水溶性引发剂可以为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧 化氢-亚铁盐体系、过硫酸盐-亚铁盐体系、过硫酸盐-亚硫酸盐体系。
【专利摘要】本发明属于阳离子高分子絮凝剂，具体涉及了一种新型水溶性阳离子单体的制备和以其为基础的疏水改性阳离子聚丙酰胺的新型制备方法，该方法以甲基丙烯酰氯和二甲氨基乙醇为原料首先制备甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，然后再与长链溴代烷反应得到具有表面活性的新型水溶性阳离子单体，最后采用疏水缔合微多相水溶液共聚合方法制备疏水改性阳离子聚丙酰胺。该方法不需要加入其他表面活性剂，成功引入以无规微嵌段结构分布的疏水基，展现出独特的溶液性质，具有良好的工业化前景。
【IPC分类】C02F1-56, C08F220-56, C08F220-34
【公开号】CN104628938
【申请号】CN201310540986
【发明人】刘瑛, 杨文忠, 汤方卫, 尹晓爽, 吴迪, 徐斌
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月6日