專利名稱：水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法，屬于水溶性高分子材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
丙烯酰胺及其衍生物的聚合物是一類水溶性功能高分子產(chǎn)品，由于它具有高分子量、易形成氫鍵、能進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用，發(fā)展極其迅速。產(chǎn)品種類多，其劑型變化很大，最早生產(chǎn)的是8～10％水溶液，七十年代發(fā)展的主要是干粉劑。八十年代初又出現(xiàn)了油包水型(W/O)反相膠乳型產(chǎn)品。因?yàn)樗苣z產(chǎn)品聚合物含量低、使用及貯存不便；粉劑產(chǎn)品難溶，并且需要龐大的溶解設(shè)備；而反相膠乳型產(chǎn)品以其固含量高(30％)、穩(wěn)定性好(9個(gè)月)、溶解速度快、使用方便，一時(shí)引起國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。在我國(guó)，該反相膠乳型產(chǎn)品是由本課題最先開(kāi)發(fā)成功，并于89年在天津大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)廠投產(chǎn)成功，應(yīng)用于油田注水調(diào)剖、堵水，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。然而該反相膠乳型產(chǎn)品由于其連續(xù)相使用的是油或有機(jī)溶劑，從而大大地增大了其制造成本，并且使用時(shí)易產(chǎn)生污染，從而限制了其應(yīng)用范圍。目前國(guó)內(nèi)外其產(chǎn)品劑型多為粉劑和反相膠乳，少部分水溶膠。本發(fā)明避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，著眼于在聚合反應(yīng)方法和產(chǎn)品劑型及性能上加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法，該方法制備的聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料具有制造成本低、固含量高、分子量高且分布窄、速溶且綠色環(huán)保以及應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法，其特點(diǎn)在于包括以下過(guò)程將Na2SO4、(NH4)2SO4和(NH4)2HPO4按質(zhì)量比為2～4∶1～2∶1～3均勻溶解于水中，配成濃度為5～10％的鹽溶液，然后加入以丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨摩爾比為20～25∶1～1.2∶1～1.5的混合單體，單體占整個(gè)體系的質(zhì)量濃度為25～30％，然后加入占整個(gè)反應(yīng)體系總質(zhì)量的1～2％，固含量為8～10％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物作為膠體穩(wěn)定劑，再加入占單體質(zhì)量為0.002～0.01％的過(guò)硫酸銨、0.1～0.7％的脲、0.002～0.01％的溴酸鉀、0.005～0.01％的亞硫酸鈉作為氧化還原引發(fā)體系，并加入占整個(gè)反應(yīng)體系質(zhì)量的0.05～0.2％的乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為4～6，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至15～20℃引發(fā)聚合，反應(yīng)4～8小時(shí)達(dá)到溫峰后，于40～55℃保溫反應(yīng)3～8小時(shí)，即制成水包水型聚合物乳液，再經(jīng)噴霧干燥，制得外觀白色粒徑為10～100μm微細(xì)粉末，固含量≥95％，溶解速度≤5min，平均分子量為350～400萬(wàn)的I型產(chǎn)品，或平均分子量為700～900萬(wàn)的II型產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，(1)制得產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)組成合理、分子量高并且可以根據(jù)使用方向進(jìn)行調(diào)整；(2)采用復(fù)合氧化-還原引發(fā)體系，反應(yīng)活化能低，反應(yīng)易于進(jìn)行，反應(yīng)平穩(wěn)、安全、轉(zhuǎn)化率高，殘余單體含量低；(3)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和、能耗低且無(wú)三廢污染問(wèn)題；(4)該反應(yīng)的乳化體系是利用聚合單體于一定的鹽溶液中的自乳化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，無(wú)需外加乳化劑和油相，從而大大地降低了生產(chǎn)成本，并且綠色環(huán)保，使用過(guò)程中不會(huì)造成二次污染；(5)產(chǎn)品分散性好；溶解速度快，小于5min。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制備水溶性聚合物超微細(xì)粉體材料I型產(chǎn)品在帶有攪拌器、溫度控制器、回流冷凝器的50L不銹鋼反應(yīng)釜中，先加入純凈水21.kg，再加入1.6kg的Na2SO4、1.6kg(NH4)2SO4和0.8kg(NH4)2HPO4，溶解均勻后，依次加入7.1kg丙烯酰胺、1.0kg濃度為79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2.04kg濃度為79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，攪拌至完全溶解后，加入固含量為8％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物0.4kg，攪拌均勻后，通氮?dú)獬?0分鐘。，將反應(yīng)釜內(nèi)溫度升高至22℃，再按量稱取過(guò)硫酸銨0.38g、脲47.5g、溴酸鉀0.38g、亞硫酸鈉0.76g四種試劑，分別加50ml水溶解，在2～4小時(shí)內(nèi)，將引發(fā)劑和還原劑分別分成三等份依次加入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入0.09kg乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為6，內(nèi)溫開(kāi)始緩慢上升，待到達(dá)溫峰后，升溫至50℃保溫反應(yīng)4～8小時(shí)，得到聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥，制得I型產(chǎn)品，白色微細(xì)粉末，粒徑為10-50μm，固含量≥95％，分子量為350-450萬(wàn)，溶解速度≤5min，該產(chǎn)品用作造紙助留助濾劑和粉體材料的分散劑。
實(shí)施例2制備水溶性聚合物超微細(xì)粉體材料II型產(chǎn)品在帶有攪拌器、溫度控制器、回流冷凝器的50L不銹鋼反應(yīng)釜中，先加入純凈水20.5kg，再加入1.92kg的Na2SO4、1.92kg(NH4)2SO4和0.96kg(NH4)2HPO4，溶解均勻后，再依次加入7.9kg丙烯酰胺、1.32kg濃度為79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2.68kg濃度為79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，攪拌至完全溶解后，加入固含量為8％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物0.4kg，攪拌均勻后，通氮?dú)獬?0分鐘。將反應(yīng)釜內(nèi)溫度升高至15℃，再按量稱取過(guò)硫酸銨0.19g、脲24g、溴酸鉀0.19g、亞硫酸鈉0.45g四種試劑，分別加50ml水配成溶液，在2～4小時(shí)內(nèi)，將引發(fā)劑和還原劑分別分成三等份依次加入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入0.1kg乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為5，內(nèi)溫開(kāi)始緩慢上升，待到達(dá)溫峰后，于45℃保溫反應(yīng)3～4小時(shí)后，再加入1/3的氧化劑和還原劑，升溫至50℃保溫反應(yīng)2～8小時(shí)，得到聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥，制得II型產(chǎn)品，白色微細(xì)粉末，粒徑為10-50μm，固含量≥95％，分子量為350-450萬(wàn)，溶解速度≤5min，該產(chǎn)品用作油田的泥漿處理劑及環(huán)保工業(yè)中的水處理劑。
實(shí)施例3在帶有攪拌器、溫度控制器、回流冷凝器的50L不銹鋼反應(yīng)釜中，先加入純凈水21.kg，再加入1.6kg的Na2SO4、1.6kg(NH4)2SO4和0.8kg(NH4)2HPO4，溶解均勻后，再依次加入7.9kg丙烯酰胺、1.32kg濃度為79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2.68kg濃度為79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，攪拌至完全溶解后，加入固含量為8％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物0.4kg，攪拌均勻后，通氮?dú)獬?0分鐘。將反應(yīng)釜內(nèi)溫度升高至15℃，再按量稱取過(guò)硫酸銨0.19g、24g脲、溴酸鉀0.19g、亞硫酸鈉0.45g四種試劑，分別加50ml水配成溶液，在2～4小時(shí)內(nèi)，將引發(fā)劑和還原劑分別分成三等份依次加入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入0.11kg乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為4，內(nèi)溫開(kāi)始緩慢上升，待到達(dá)溫峰后，升溫至50℃保溫反應(yīng)2～8小時(shí)，得到聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥，制成目的產(chǎn)品。該產(chǎn)品粒徑為70～100μm。
實(shí)施例4在帶有攪拌器、溫度控制器、回流冷凝器的50L不銹鋼反應(yīng)釜中，先加入純凈水20kg，再加入1.92kg的Na2SO4、1.92kg(NH4)2SO4和0.96kg(NH4)2HPO4，溶解均勻后，再依次加入7.1kg丙烯酰胺、1.0kg濃度為79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2.04kg濃度為79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，攪拌至完全溶解后，加入固含量為8％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物0.4kg，攪拌均勻后，通氮?dú)獬?0分鐘。將反應(yīng)釜內(nèi)溫度升高至22℃，再按量稱取過(guò)硫酸銨0.38g、脲47.5g、溴酸鉀0.38g、亞硫酸鈉0.76g四種試劑，分別加50ml水配成溶液，在2～4小時(shí)內(nèi)，將引發(fā)劑和還原劑分別分成三等份依次加入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入0.11kg乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為4，內(nèi)溫開(kāi)始緩慢上升，待到達(dá)溫峰后，升溫至50℃保溫反應(yīng)2～8小時(shí)，得到聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥，制得目的產(chǎn)品產(chǎn)品。該產(chǎn)品粒徑為10～20μm。分子量為350-450萬(wàn)。
權(quán)利要求
1.一種水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法，其特點(diǎn)在于包括以下過(guò)程將Na2SO4、(NH4)2SO4和(NH4)2HPO4按質(zhì)量比為2～4∶1～2∶1～3均勻溶解于水中，配成濃度為5～10％的鹽溶液，然后加入以丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨摩爾比為20～25∶1～1.2∶1～1.5的混合單體，單體占整個(gè)體系的質(zhì)量濃度為25～30％，然后加入占整個(gè)反應(yīng)體系總質(zhì)量的1～2％，固含量為8～10％的二烯丙基二乙基氯化銨的聚合物作為膠體穩(wěn)定劑，再加入占單體質(zhì)量為0.002～0.01％的過(guò)硫酸銨、0.1～0.7％的脲、0.002～0.01％的溴酸鉀、0.005～0.01％的亞硫酸鈉作為氧化還原引發(fā)體系，并加入占整個(gè)反應(yīng)體系質(zhì)量的0.05～0.2％的乙酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值為4～6，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至15～20℃引發(fā)聚合，反應(yīng)4～8小時(shí)達(dá)到溫峰后，于40～55℃保溫反應(yīng)3～8小時(shí)，即制成水包水型聚合物乳液，再經(jīng)噴霧干燥，制得外觀白色粒徑為10～100μm微細(xì)粉末，固含量≥95％，溶解速度≤5min，平均分子量為350～400萬(wàn)的I型產(chǎn)品，或平均分子量為700～900萬(wàn)的II型產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微細(xì)粉體材料的制備方法，屬于水溶性高分子材料的制備技術(shù)。該方法包括以下過(guò)程在Na
文檔編號(hào)C08F20/56GK1709923SQ20051001385
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者孫希明, 呼士峰, 李成吉 申請(qǐng)人:天津大學(xué)