一种阳离子聚丙烯酰胺乳液及其合成方法
【专利摘要】本发明涉及一种阳离子聚丙烯酰胺乳液及其合成方法，其特征在于各组分的质量百分比为：非离子单体和阳离子单体质量之和占8－25wt％，无机盐占10－35wt％；稳定剂占0.5－5wt％；引发剂占单体总质量的0.001－0.08wt％；阻聚剂占单体总质量的0.001－0.01wt％；余量为水；将非离子单体、阳离子单体、无机盐和稳定剂加入到容器中用水溶解均匀后，调节其溶液温度至25～60℃；通氮气保护，30分钟后加入引发剂，封闭搅拌2～24小时后加入阻聚剂，继续搅拌30分钟后，冷却至室温，出料，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液产品。本发明适于合成各种产率高、流动性好的阳离子聚丙烯酰胺乳液，具有合成方法简单、稳定性好、水溶性强、绿色环保和成本低的特点。
【专利说明】一种阳离子聚丙烯酰胺乳液及其合成方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种阳离子聚丙烯酰胺乳液及其合成方法，属于水溶性高分子材料合 成【技术领域】。
【背景技术】：
[0002] 聚丙烯酰胺类水溶性高分子材料由于具有良好的水溶性、增粘性等性能，被广泛 用于多个工业领域。其中，阳离子聚丙烯酰胺由于其分子上含有的阳离子性基团具有对带 有阴离子电荷的物质电荷吸附作用，更适合被用作为钻井液中的包被剂、污水处理中的絮 凝剂、污泥脱水剂、纸张的增强剂等。
[0003] 在阳离子聚丙烯酰胺的合成方法中，水溶液聚合方法被广泛应用，但这种方法合 成的产品需要经过造粒、干燥等工序后得到粉体产品，能耗大，且粉体产品使用时溶解速度 慢，需要长时间的搅拌。反相乳液聚合和反相微乳液聚合方法是采用的较新的合成方法，这 些方法不仅可以合成高分子量的产品，而且可以解决产品溶解速度较慢的问题。然而，反相 乳液聚合和反相微乳液聚合方法在制备聚丙烯酰胺产品时，需要大量的有机溶剂和表面活 性剂，这不仅增加了合成成本，而且在使用过程中会造成二次污染和影响产品性能的发挥。
【发明内容】
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[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阳离子聚丙烯酰胺乳液及 其合成方法，适于合成各种产率高、流动性好的阳离子聚丙烯酰胺乳液，具有合成方法简 单、稳定性好、水溶性强、绿色环保和成本低的特点。
[0005] 本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。
[0006] 本发明所提供的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其中各组分的质量百分比为：
[0007] 非离子单体和阳离子单体质量之和占8-25wt%，其中，阳离子单体占单体总质 量的 3 - 45wt% ;
[0008] 无机盐占 10 - 35wt% ;
[0009] 稳定剂占 0? 5 - 5wt% ;
[0010] 引发剂占单体总质量的〇? 〇〇1 - 〇? 〇8wt% ;
[0011] 阻聚剂占单体总质量的〇? 001 - 〇?Olwt% ;
[0012] 余量为水；
[0013] 本发明所提供的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，包括如下步骤：
[0014] (1)、将非离子单体、阳离子单体、无机盐和稳定剂按比例加入到容器中，用水溶解 均匀后，调节其溶液温度至25?60°C;对溶液进行通氮气保护，30分钟后按比例加入引发 齐U，继续搅拌，进行聚合反应；
[0015] (2)、在溶液中加入引发剂后保持温度在25?60°C，封闭搅拌2?24小时后按比 例加入阻聚剂，继续搅拌30分钟后，冷却至室温，出料，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液产品。
[0016] 所述的非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基 丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和N-乙烯 基-2-吡咯烷酮中的一种；
[0017] 所述的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、丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵和N，N-二甲基二烯丙基 氯化铵中的一种；
[0018] 所述的无机盐为钾、钠、锂和铵的阳离子与硫酸根、亚硫酸根、卤离子、磷酸根和硝 酸根的阴离子形成盐中的一种；
[0019] 所述的阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、二甲基二硫代氨基 甲酸钠、对叔丁基邻苯二酚、2-叔丁基对苯二酚和2, 5-二叔丁基对苯二酚中的一种；
[0020] 所述的引发剂为氧化体系、氧化-还原引发体系和偶氮二异丁脒盐酸盐中的一 种；
[0021] 其中：氧化体系为过硫酸钾和过硫酸铵中的一种；
[0022] 氧化-还原引发体系由过硫酸钾或过硫酸铵与亚硫酸氢钠或亚硫酸氢铵组成；
[0023] 所述的稳定剂具有如下化学结构式（I):
【权利要求】
1. 一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于其中各组分的质量百分比为： 非离子单体和阳离子单体质量之和占8 - 25wt%，其中，阳离子单体占单体总质量的 3 - 45wt% ； 无机盐占10 - 35wt% ; 稳定剂占〇· 5 - 5wt% ; 引发剂占单体总质量的〇. 001 - 〇. 〇8wt% ; 阻聚剂占单体总质量的0. 001 - 0. Olwt% ; 余量为水。
2. 如权利要求1所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，其特征在于包括如下 步骤： (1) 、将非离子单体、阳离子单体、无机盐和稳定剂按比例加入到容器中，用水溶解均匀 后，调节其溶液温度至25?60°C;对溶液进行通氮气保护，30分钟后按比例加入引发剂，继 续搅拌，进行聚合反应； (2) 、在溶液中加入引发剂后保持温度在25?60°C，封闭搅拌2?24小时后按比例加 入阻聚剂，继续搅拌30分钟后，冷却至室温，出料，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液产品。
3. 根据权利要求1所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的非离子单体 为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一种。
4. 根据权利要求3所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的阳离子单体 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、丙烯酰氧丙基三甲基氯 化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵和N，N-二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。
5. 根据权利要求4所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的无机盐为 钾、钠、锂和铵的阳离子与硫酸根、亚硫酸根、卤离子、磷酸根和硝酸根的阴离子形成盐中的 一种。
6. 根据权利要求5所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的阻聚剂为对 苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、二甲基二硫代氨基甲酸钠、对叔丁基邻苯二酚、 2_叔丁基对苯二酚和2, 5-二叔丁基对苯二酚中的一种。
7. 根据权利要求6所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的引发剂为氧 化体系、氧化-还原引发体系和偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种； 其中：氧化体系为过硫酸钾和过硫酸铵中的一种；氧化-还原引发体系由过硫酸钾或 过硫酸铵与亚硫酸氢钠或亚硫酸氢铵组成。
8. 根据权利要求7所述的一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，其特征在于所述的稳定剂具有 如下化学结构式（I):
其中：Rr RJPR5分别为H、CH3和CH2CH3中的一种，R 1JdP R5可以相同也可以不同； R2 为 NH2、NHCH3 和 N (CH3) 2 中的一种； R4为2-吡咯烷酮基； R6 为 NH 或 NCH3 ; ο、ρ和m分别为1或大于1的整数，X为大于1的整数，X与（o+p+m)的乘积在4000 - 11000之间； 所述的具有化学结构式（I)的稳定剂的合成方法，包括如下步骤： (1) 将单体混合物（由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和N-甲基丙烯酰胺中的一种与N-乙烯 基-2-吡咯烷酮组成，其中，N-乙烯基-2-吡咯烷酮占单体总质量的3 - IOwt % )溶解于 水中，配制成浓度为4 一 8wt %的水溶液，调节其水溶液温度至25?60°C，在通氮气保护的 情况下，加入单体混合物质量〇. 1 - 〇. 12wt%的引发剂过硫酸铵，反应2 - 3小时后即可得 到聚合度为4000 - 11000的聚合物水溶液； (2) 在40 - 70°C下，在聚合物水溶液中再加入多聚甲醛和亚硫酸钠，两者质量和为单 体混合物的10 - 20wt%，其中：多聚甲醛与亚硫酸钠的摩尔比为1:1. 5-1:4,反应2 - 10 小时后，得到结构式（I)的稳定剂水溶液。
【文档编号】C08F220/56GK104387529SQ201410662829
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】任朝华, 王昌军 申请人:长江大学