一種高固含量聚丙烯酰胺乳液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種乳液制備領(lǐng)域，特別涉及一種高固含量聚丙烯酰胺乳液的制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]丙烯酰胺易于聚合得到超高分子量的聚合物，可廣泛的應(yīng)用在水處理、造紙以及油田開(kāi)采等領(lǐng)域中。然而，高分子量聚丙烯酰胺溶液黏度很高，增大制備時(shí)的難度，而且高分子量聚丙烯酰胺固體極易吸濕難于溶解，在使用時(shí)也帶來(lái)了不便。為了解決這個(gè)難題，八十年代出現(xiàn)了一種新的聚合方法，反相乳液聚合，這種方法通過(guò)大幅提高乳化劑的濃度得到具有熱穩(wěn)定性的乳液。但因其形成條件苛刻，反相乳液產(chǎn)品存在著固含量低和乳化劑添加量高的缺點(diǎn)。另外，由于丙烯酰胺的聚合反應(yīng)時(shí)強(qiáng)放熱反應(yīng)，每公斤丙烯酰胺聚合約放出278千卡熱量，因此隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，聚合體系的溫度會(huì)不斷升高，若以聚合時(shí)單體濃度30%計(jì)算，不考慮散熱，放出的聚合熱可近似使體系溫度升高85°C。因此，在制備聚丙烯酰胺乳液，特別是高固含量乳液的過(guò)程中，如果制備工藝不能順利的使體系散熱，聚合體系溫度過(guò)高會(huì)弓I起物料暴沸，釜內(nèi)壓力急劇升高、高溫物料噴濺等危險(xiǎn)。
[0003]而在實(shí)際應(yīng)用中，高固含量乳液更有實(shí)用價(jià)值，可以節(jié)省運(yùn)輸和使用成本。從文獻(xiàn)和專(zhuān)利報(bào)道的情況來(lái)看，關(guān)于反相乳液聚合的研究大部分都集中在低單體濃度乳液上(固含量〈25% )，僅有少部分研究中等單體濃度乳液(固含量30?40% )的報(bào)道。并且絕大部分研究在描述聚丙烯酰胺乳液的制備工藝時(shí)，并未談及聚合過(guò)程中如何處理好體系散熱的問(wèn)題，僅在專(zhuān)利CN102219879中提到在聚合過(guò)程中以溫度為梯度，分為三個(gè)過(guò)程完成聚合反應(yīng)，該篇專(zhuān)利側(cè)重降低陰離子型聚丙烯酰胺乳液中殘余單體含量的方法，對(duì)每個(gè)溫度梯度聚合時(shí)的區(qū)別和作用沒(méi)有界定和說(shuō)明，也未對(duì)陰離子、陽(yáng)離子以及非離子聚丙烯酰胺乳液制備時(shí)工藝的差別進(jìn)行闡述。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明針對(duì)上述聚丙烯酰胺乳液研究中的缺陷，解決高固含量陰離子、陽(yáng)離子以及非離子聚丙烯酰胺乳液制備時(shí)散熱的問(wèn)題，提供一種高固含量聚丙烯酰胺乳液的制備方法。
[0005]本發(fā)明所述制備方法包括如下步驟:
[0006]將單體配制成質(zhì)量百分比50%?70%的單體水溶液，調(diào)節(jié)pH值至中性，強(qiáng)力攪拌的同時(shí)將單體水溶液加入乳化劑、溶劑油以及偶氮引發(fā)劑構(gòu)成的油相體系中，乳液配制過(guò)程中通過(guò)循環(huán)水浴控制溫度在10?15°C之間，通高純氮?dú)怛?qū)氧1小時(shí)，保持?jǐn)嚢?，期間滴加氧化劑，通氮除氧后，排空循環(huán)水浴，緩慢滴加還原劑0.5?2小時(shí)，當(dāng)溫度升至40°C時(shí)停止滴加，同時(shí)通入40°C的循環(huán)水浴，停止攪拌，靜置1?3小時(shí)，當(dāng)溫度升至50°C時(shí)，排空循環(huán)水浴，開(kāi)始慢速攪拌，期間通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌速度控制最高溫度不超過(guò)60°C，當(dāng)溫度下降至低于50°C時(shí)，通入50°C的循環(huán)水浴，保持慢速攪拌3?5小時(shí)，聚合完成，調(diào)節(jié)循環(huán)水浴溫度至20°C，當(dāng)體系溫度降至20?30°C之間后，滴加反相劑，攪拌均勻后出料。
[0007]所述單體包括至少一種非離子單體，非離子單體選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺；根據(jù)需要的乳液離子種類(lèi)，單體還包括陰離子單體或陽(yáng)離子單體，陰離子單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和前述物質(zhì)的鹽，陽(yáng)離子單體選自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨及二甲基二烯丙基氯化銨。單體添加量占乳液總重量的30?50%。
[0008]所述乳化劑為乳化劑A和乳化劑B的混合物，乳化劑A為Hypermer系列高分子表面活性劑中一種或多種的混合物，乳化劑B為司班60、司班65、司班80、司班85、Arlacel83中一種或多種的混合物，HLB值控制在4?6之間，乳化劑添加量占乳液總重量的2?4%。
[0009]所述溶劑油為白油、異構(gòu)烷烴油、脫芳烴溶劑油中一種或多種的混合物，溶劑油的餾程在200?250°C之間，運(yùn)動(dòng)粘度0.8?1.6mm2/s之間，溶劑油添加量占乳液總重量的21 ?26%。
[0010]所述偶氮引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮異丁腈基甲酰胺中一種或多種的混合物，偶氮引發(fā)劑添加量占單體總重量的0.03?0.06%。
[0011]所述氧化劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、溴酸鉀、過(guò)氧化氫、異丙基過(guò)氧化氫、叔丁基過(guò)氧化氫中一種或多種的混合物，氧化劑添加量占單體總重量的0.005?0.02%。
[0012]所述還原劑為亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉、焦亞硫酸鈉中一種或多種的混合物，還原劑添加量占單體總重量的0.001?0.005%。
[0013]所述反相劑為吐溫60、吐溫65、吐溫80、吐溫85、Op 10, Atlas G1086中一種或多種的混合物，HLB值控制在10?15之間，反相劑添加量占乳液總重量的1?3%。
[0014]所述聚合過(guò)程中通過(guò)低溫引發(fā)分段引發(fā)結(jié)合的方式，形成氧化還原引發(fā)、偶氮快速引發(fā)、偶氮穩(wěn)速引發(fā)三個(gè)反應(yīng)階段。氧化還原階段溫度區(qū)間在10?40°C，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到40?50% ;偶氮快速引發(fā)階段，溫度區(qū)間在40?50°C，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到15?20% ;偶氮穩(wěn)速引發(fā)階段，溫度區(qū)間在50?60°C，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到35?40%。
[0015]本發(fā)明在聚丙烯酰胺乳液制備過(guò)程中，選擇的溶劑油粘度低、承載能力強(qiáng)，可以形成高單體濃度的油包水乳液，確保聚合過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)油水分離、破乳結(jié)塊的現(xiàn)象。同時(shí)采用低溫引發(fā)分段引發(fā)工藝，首先低溫階段通過(guò)氧化還原快速引發(fā)，在體系達(dá)到40°C的常溫狀態(tài)時(shí)就已經(jīng)轉(zhuǎn)化大約一半的單體，之后通過(guò)靜置積聚熱量使偶氮引發(fā)劑快速引發(fā)，再通過(guò)慢速攪拌降低偶氮引發(fā)劑的引發(fā)速度，保證整個(gè)聚合過(guò)程中體系最高溫度不超過(guò)60°C。在氧化還原和偶氮引發(fā)兩個(gè)不同引發(fā)階段中，陽(yáng)離子、非離子乳液在氧化還原階段反應(yīng)較慢，在偶氮引發(fā)階段反應(yīng)較快，高陰離子度的陰離子乳液在氧化還原階段反應(yīng)較快，在偶氮引發(fā)階段反應(yīng)較慢，而中低陰離子度的陰離子乳液在兩個(gè)階段的反應(yīng)速度比較均衡。乳液產(chǎn)品制備過(guò)程中，可以根據(jù)乳液離子種類(lèi)的不同，調(diào)整不同引發(fā)階段的反應(yīng)時(shí)間，均衡各階段單體轉(zhuǎn)化率，平衡各階段體系的散熱量，避免某一階段熱量太大造成工藝流程的安全隱串
■/Ql、Ο
【具體實(shí)施方式】
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[0016]實(shí)施例1
[0017]在調(diào)制釜中加入287公斤丙烯酰胺、125公斤丙烯酸、150公斤去離子水，攪拌均勻，加入質(zhì)量濃度為50%的氫氧化鈉溶液，控制中和溫度在20°C以下，將pH值調(diào)整到5.5到6.5之間；在乳化釜中加入250公斤脫芳烴溶劑油、30公斤乳化劑、600克偶氮引發(fā)劑，攪拌均勻；將調(diào)制釜中配好的水相加入乳化釜中，進(jìn)行高速剪切乳化，控制體系溫度在10?15°C，乳化完成后，通高純氮?dú)怛?qū)氧1小時(shí)，保持?jǐn)嚢?，期間滴加含有200克氧化劑的溶液，通氮除氧后，排空循環(huán)水浴，緩慢滴加還原劑1小時(shí)，當(dāng)溫度升至40°C時(shí)停止滴加，同時(shí)通入40°C的循環(huán)水浴，停止攪拌，靜置2小時(shí)，當(dāng)溫度升至50°C時(shí)，排空循環(huán)水浴，開(kāi)始慢速攪拌，期間通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌速度控制最高溫度不超過(guò)60°C，當(dāng)溫度下降至低于50°C時(shí)，通入50°C的循環(huán)水浴，保持慢速