專利名稱：紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以一種水溶液高分子聚合物的合成方法，具體涉及一種采用紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法。
背景技術(shù)：
絮凝沉降法是一種簡便經(jīng)濟的水處理方法，而絮凝劑的選擇是絮凝沉降法的核心。聚丙烯酰胺類絮凝劑(英文為Polyacrylamide,縮寫為PAM是一種重要的有機絮凝劑，它被廣泛的應(yīng)用于污水處理過程和污泥脫水的預(yù)處理過程中。按離子特性可將聚丙烯酰胺分為陽離子聚丙烯酰胺，英文為Cationic polyacrylamide,縮寫為CPAM、陰離子聚丙烯酰胺，英文為Anionic polyacrylamide,縮寫為APAM、非離子聚丙烯酰胺，英文為Nonionicpolyacrylamide,縮寫為NPAM、兩性型聚丙烯酰胺。陽離子聚丙烯酰胺是其高端產(chǎn)品。陽離子聚丙烯酰胺是一種分子鏈上帶有正電荷活性基團的線性高分子聚合物，它可通過電中和、吸附架橋等作用使水中膠體顆粒脫穩(wěn)、絮凝而達到污水處理和污泥脫水的目的。開發(fā)適用范圍廣、處理效果佳的陽離子聚丙烯酰胺及經(jīng)濟節(jié)能的合成工藝具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有的制備陽離子聚丙烯酰胺的方法為聚丙烯酰胺的陽離子改性法或共聚合法。聚丙烯酰胺陽離子改性法主要是通過羥甲基反應(yīng)或曼尼奇反應(yīng)實現(xiàn)，這種方法制備的陽離子聚丙烯酰胺具有產(chǎn)品存儲時間短，陽離子度低且陽離子度不易控制的缺點。共聚合法是將丙烯酰胺單體與陽離子單體在一定條件下引發(fā)共聚合獲得陽離子聚丙烯酰胺。傳統(tǒng)的共聚合法主要是通過化學(xué)引發(fā)體系引發(fā)聚合反應(yīng)。如公開號為101724132A的專利“具有微嵌段結(jié)構(gòu)的陽離子聚丙烯酰胺及采用模板共聚合法的合成方法”是通過使用氧化還原體系的引發(fā)劑，控制在5°C 80°C恒溫條件下發(fā)生聚合反應(yīng)。這種方法的不足是需要對溫度進行恒溫控制，溫度過低則反應(yīng)時間變長，溫度過高又影響聚合反應(yīng)的散熱，且耗能；再如公開號為CN1814638A的專利“陽離子聚丙烯酰胺的制備方法”是將丙烯酰胺單體和帶有雙鍵的季銨鹽加水形成水溶液體系，在ΙΟΠΟ 的條件下加螯合劑和引發(fā)劑聚合2 3小時，反應(yīng)后得到的膠塊經(jīng)造粒、烘干、粉碎得到陽離子聚丙烯酰胺。這種方法的不足是合成的產(chǎn)品其陽離子在分子鏈上無規(guī)則分布，電荷分散，應(yīng)用中不能很好地體現(xiàn)其陽離子性作用。并且也需要進行溫度控制，聚合反應(yīng)時間長。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以縮短聚合反應(yīng)的時間，提高聚合反應(yīng)的效率，且可獲得陽離子基團分布相對集中、分子量和陽離子度均較高的陽離子聚丙烯酰胺的合成方法。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水、陰離子聚合物、陽離子單體和丙烯酰胺單體攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，其中去離子水作為溶劑，陰離子聚合物作為模板，計陽離子單體和丙烯酰胺單體為總單體；反應(yīng)體系中總單體質(zhì)量分數(shù)為209Γ50%，陽離子單體占總單體質(zhì)量的59Γ80%，丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量的209Γ95%，陰離子聚合物與陽離子單體的摩爾比為2:1 1:10 ;
第二步，在上述單體水溶液中，加入占總單體質(zhì)量O. 059Γ2%的尿素作為增溶劑，再加入無機酸和無機堿將單體水溶液的PH值調(diào)節(jié)為2. 5^7 ；
向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，再向單體水溶液中加入占總單體質(zhì)量
O.05°/Γ %的引發(fā)劑，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；空氣中的雜質(zhì)和氧氣，尤其是氧氣會阻礙聚合反應(yīng)，因此為了更好地是實現(xiàn)聚合反應(yīng)，加快聚合反應(yīng)速度，向反應(yīng)裝置中充入高純氮將反應(yīng)裝置中的空氣完成排除；第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，在紫外光照射下進行引發(fā)聚合，IOmirTlOOmin后取出，靜置熟化I小時以上，制得膠狀陽離子聚丙烯酰胺；
第四步，將第三步得到的膠狀陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，攪拌完全溶解于去離子水，調(diào)節(jié)使ρΗ〈2，再多次加無水乙醇提純、洗滌精制，在真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。進一步地，所述第三步紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由100W 800W的高壓汞燈產(chǎn)生，其光強范圍是O. f 3 mW/cm2，產(chǎn)生的紫外光主波長為365nm。( 100W的高壓汞燈光強約為O.1 mW/cm2，800W的高壓汞燈光強約為3 mW/cm2)。該波段的紫外光具有較強的穿透能力，可穿透反應(yīng)裝置對其中的混合液進行引發(fā)聚合，且能夠提高聚合反應(yīng)速率，縮短聚合反應(yīng)時間，該紫外光反應(yīng)裝置具 有操作簡便、節(jié)能環(huán)保、實用安全等優(yōu)點。所述第一步中的陰離子聚合物采用水溶液的方式加入到單體水溶液中，且所述陰離子聚合物水溶液的濃度為lmof2. 5mol/L (以單體計)。采用溶液方式將作為模板的陰離子聚合物加入單體溶液中得到的最終產(chǎn)物相比采用固體直接加入得到的最終產(chǎn)物分子量更高。所述第一步中的陰離子聚合物是分子量為3000-50000的聚丙烯酸鈉或聚甲基丙烯酸鈉。3000-50000的聚丙烯酸鈉為水溶性的直鏈陰離子聚合物，它作為模版有助于引導(dǎo)聚合反應(yīng)合成線性結(jié)構(gòu)較好且陽離子度集中的陽離子聚丙烯酰胺。在pH〈2的條件下，聚丙烯酸鈉可溶于乙醇，有助于將其從陽離子聚丙烯酰胺中分離，提純產(chǎn)品。并且聚丙烯酸鈉無毒，價格低廉，容易獲得。所述第一步中的陽離子單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨DMC、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨DAC或二甲基二烯丙基氯化銨DMDAAC中的一種。甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，英文名為 Methacryloxyethyltrimethyl Ammonium Chloride,簡稱DMC ;丙烯酸氧乙基三甲基氯化銨DAC,英文名為Acryloxyethyl Trimethyl Ammonium Chloride簡稱DAC ;二甲基二烯丙基氯化銨，英文名為Dimethyl Diallyl Ammonium Chloride,簡稱DMDAAC。這三種單體均為常用市售的陽離子單體，容易獲得，且都可以均聚或共聚。更進一步地，所述第二步中的引發(fā)劑為偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50或偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽VA-044。V-50與VA-044均為典型成熟的水溶性偶氮引發(fā)劑，這兩種引發(fā)劑的分解反應(yīng)均為一級反應(yīng)，無誘導(dǎo)分解，在較低的濃度和溫度下就可引發(fā)聚合，用量少，引發(fā)效率高，反應(yīng)平穩(wěn)，殘留量少，有利于提高產(chǎn)品的純度和分子量；且這兩種引發(fā)劑比較穩(wěn)定，便于儲存。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果1.本發(fā)明采用紫外光引發(fā)聚合和模板共聚合法相結(jié)合的方法合成陽離子聚丙烯酰胺， 通過該方法合成的陽離子聚丙烯酰胺陽離子度高，且陽離子電荷分布集中，易控制；另
外
陽離子聚丙烯酰胺經(jīng)過去除模板，提純后，產(chǎn)品的純度和分子量都較高，分子量在IO6數(shù)量級；同時合成的陽離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品具有較長的儲存時間。2.本發(fā)明提供的合成方法由于不需要對溫度進行控制，在室溫下就可以聚合反應(yīng)，因
此避免了由于溫度過高或過低對聚合反應(yīng)的影響，不但簡單節(jié)能，而且制備過程容易控制。3.本發(fā)明提供的合成方法由于采用了紫外光照射引發(fā)聚合和水溶性偶氮引發(fā)劑，因此聚合反應(yīng)時間更短,效率更高。4.本發(fā)明提供的合成方法所選用的原材料均為市售材料，價格低廉，選取方便，可直接購買，因此，生產(chǎn)成本低。5.本發(fā)明提供的方法由于添加劑種類少，有助于提高產(chǎn)品的純度，同時也簡化了生產(chǎn)工藝，降低了能耗，減少了生產(chǎn)成本。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明。以下實施例中采用HCl作為無機酸，NaOH作為無機堿調(diào)節(jié)pH值，具體實施時也可采用現(xiàn)有技術(shù)中其他不影響聚合反應(yīng)的無機酸和無機堿調(diào)節(jié)PH值。本發(fā)明中的模板聚合就是在反應(yīng)體系中加入一種大分子，即作為模板，這種大分子通過氫鍵、范德華力、靜電引力或者共價鍵與聚合單體或者中間鏈相互作用，改變聚合反應(yīng)速率、產(chǎn)物分子量、分子量分布及產(chǎn)物的空間立構(gòu)，或者在共聚反應(yīng)中改變單體的競聚率或產(chǎn)物的序列分布。模板共聚合就是反應(yīng)體系中模板存在的情況下兩種或多種單體聚合反應(yīng)。實施例1 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去尚子水27. 07ml,分子量為3000的聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液O. 93ml (聚丙烯酸鈉溶液濃度為lmol/L，該溶液濃度是以丙烯酸鈉單體計，聚丙烯酸鈉物質(zhì)的量為9. 29X10_4mol，該物質(zhì)的量以丙烯酸鈉單體計)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)1. 8g (丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨物質(zhì)的量為9. 29X 10_3mol，即PAAS = DAC=1:10，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨占總單體質(zhì)量15%)，丙烯酰胺單體10. 2g (丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量85%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為30%。
第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 2g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的1. 67%)，使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為2. 5，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 0078g偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50作為引發(fā)劑(偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50的用量為單體總質(zhì)量的O. 065%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由500W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為2 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合45min后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為8. 56X IO6,陽離子度為14. 98%。實施例2 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去尚子水13. 93ml,分子量為5000的聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液6. 07ml (聚丙烯酸鈉溶液濃度為2. 5mol/L，該溶液濃度以丙烯酸鈉單體計，聚丙烯酸鈉物質(zhì)的量為1. 52X10_2mOl，該物質(zhì)的量以丙烯酸鈉單體計)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)16g(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨物質(zhì)的量為7. 59X 10_2mOl，即PAAS=DMC =1:5，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨占總單體質(zhì)量80%)，丙烯酰胺單體4g (丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量20%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為50%。
第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 4g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的2%)，使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為6，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 02g偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽VA-044作為引發(fā)劑(偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50的用量為單體總質(zhì)量的O. 1%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由800W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為3 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合IOmin后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為3. 63X IO6,陽離子度為79. 82%。
實施例3 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水19. 87ml，分子量為5000的聚甲基丙烯酸鈉(PMAA)溶液4. 13ml (聚甲基丙烯酸鈉溶液濃度為2mol/L，該溶液濃度以甲基丙烯酸鈉單體計，聚甲基丙烯酸鈉物質(zhì)的量為8. 26X10_3mOl，該物質(zhì)的量以甲基丙烯酸鈉單體計)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)O. Sg(丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨物質(zhì)的量為4. 13X 10_3mOl，即PMAA =DAC =2:1，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨占總單體質(zhì)量5%)，丙烯酰胺單體15. 2g(丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量95%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為40%。第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 008g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的O. 05%)，使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為7，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 16g引發(fā)劑偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50作為引發(fā)劑(偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50的用量為單體總質(zhì)量的1%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由100W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為O.1 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合IOOmin后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀 ；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為3. 16X106,陽離子度為4. 99%。實施例4 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水13. 15ml，分子量為50000的聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液14. 85ml (聚丙烯酸鈉溶液濃度為2. Omol/L，該溶液濃度以丙烯酸鈉單體計，聚丙烯酸鈉溶液物質(zhì)的量為2. 97 X 10_2，該物質(zhì)的量以丙烯酸鈉單體計)，二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC) 4. 8g (二甲基二烯丙基氯化銨物質(zhì)的量為2. 97 X 10_2mol，即PAAS =DMDAAC=1:1，二甲基二烯丙基氯化銨占總單體質(zhì)量40%)，丙烯酰胺單體7. 2g (丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量60%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為30%。第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 0096g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的O. 08%)，使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為4. 5，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 006g偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50作為引發(fā)劑(偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50的用量為單體總質(zhì)量的O. 05%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由500W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為2 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合45min后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為2. 27X IO6,陽離子度為39. 91%。實施例5 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水20. 60ml,分子量為5000的聚丙烯酸鈉(PAAS)水溶液11. 40ml (聚丙烯酸鈉溶液濃度為1. Omol/L，該溶液濃度以丙烯酸鈉單體計，聚丙烯酸鈉物質(zhì)的量為1. 14 X10_2，該物質(zhì)的量以丙烯酸鈉單體計)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC) 2. 4g (甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨物質(zhì)的量為1. 14X 10_2mOl，即PAAS =DMC =1:1，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨占總單體質(zhì)量30%)，丙烯酰胺單體5.6g(丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量70%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為20%。第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 0096g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的O. 12%)，使用NaOH和·HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為5，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 064g偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50作為引發(fā)劑(偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50的用量為單體總質(zhì)量的O. 8%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由500W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為2 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合60min后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為2. 24X 106,陽尚子度為29. 96%ο實施例6 :紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，具體步驟如下
第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水18. 70ml，分子量為5000的聚甲基丙烯酸鈉(PMAA)溶液9. 30ml (聚甲基丙烯酸鈉溶液濃度為2mol/L，該溶液濃度以甲基丙烯酸鈉單體計，聚甲基丙烯酸鈉溶液物質(zhì)的量為1.86X10_2mOl，該物質(zhì)的量以甲基丙烯酸鈉單體計)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC) 3. 6g (丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨物質(zhì)的量為1. 86X 10_2mol，即PMAA DAC =1: 1，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨占總單體質(zhì)量30%)，丙烯酰胺單體8. 4g (丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量70%)攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，該反應(yīng)體系中丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體和丙烯酰胺單體為總單體，該總單體的質(zhì)量分數(shù)為 30%ο第二步，在上述單體水溶液中，加入O. 12g的尿素作為增溶劑(尿素的質(zhì)量占總單體質(zhì)量的1%)，使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為7，向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，加入O. 0078g偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽VA-044作為引發(fā)劑(偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽VA-044的用量為單體總質(zhì)量的O. 065%)，攪拌均勻，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封；
第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，該紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由500W高壓汞燈產(chǎn)生的，其主波長為365nm，光強為2 mff/cm2，在該紫外光照射下進行引發(fā)聚合45min后取出，靜置熟化I小時，制得陽離子聚丙烯酰胺，該陽離子聚丙烯酰胺為白色半透明膠狀；
第四步，將第三步得到的陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，可采用剪刀剪碎形成塊狀的顆粒，也可采用剪碎機造粒，取其中的20g攪拌溶解于200ml去離子水，然后使用HCl調(diào)節(jié)溶液pH〈2，加無水乙醇提純、洗滌三次精制，真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。采用膠體滴定法檢測，測得最終得到的陽離子聚丙烯酰胺的分子量為5. 42X IO6,陽離子度為29. 99%ο最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍 當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于具體步驟如下 第一步，在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水、陰離子聚合物、陽離子單體和丙烯酰胺單體攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，其中去離子水作為溶劑，陰離子聚合物作為模板，計陽離子單體和丙烯酰胺單體為總單體；反應(yīng)體系中總單體質(zhì)量分數(shù)為209Γ50%，陽離子單體占總單體質(zhì)量的59Γ80%，丙烯酰胺單體占總單體質(zhì)量的209Γ95%，陰離子聚合物與陽離子單體的摩爾比為2:1 1:10 ; 第二步，在上述單體水溶液中，加入占總單體質(zhì)量O. 059Γ2%的尿素作為增溶劑，再加入無機酸和無機堿將單體水溶液的PH值調(diào)節(jié)為2. 5^7 ； 向反應(yīng)裝置充入高純氮排除反應(yīng)裝置中的空氣，再向單體水溶液中加入占總單體質(zhì)量O.05°/Γ %的引發(fā)劑，然后繼續(xù)向反應(yīng)裝置充入高純氮，將反應(yīng)裝置中的空氣完全排除后，將反應(yīng)裝置密封； 第三步，在室內(nèi)溫度環(huán)境下，將第二步中密封后的反應(yīng)裝置放入紫外光反應(yīng)裝置中，在紫外光照射下進行引發(fā)聚合，IOmirTlOOmin后取出，靜置熟化I小時以上，制得膠狀陽離子聚丙烯酰胺； 第四步，將第三步得到的膠狀陽離子聚丙烯酰胺制成顆粒狀，攪拌完全溶解于去離子水，調(diào)節(jié)使ρΗ〈2，再多次加無水乙醇提純、洗滌精制，在真空干燥箱中烘干后研磨，即得陽離子聚丙烯酰胺粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述第三步紫外光反應(yīng)裝置中的紫外光是由100W 800W的高壓汞燈產(chǎn)生，其光強范圍是O. Γ3 mW/cm2，產(chǎn)生的紫外光主波長為365nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述第一步中的陰離子聚合物采用水溶液的方式加入到單體水溶液中，且所述陰離子聚合物水溶液的濃度為Imof 2. 5mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述第一步中的陰離子聚合物是分子量為300(Γ50000的聚丙烯酸鈉或聚甲基丙烯酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述第一步中的陽離子單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨DMC、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨DAC或二甲基二烯丙基氯化銨DMDAAC中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，其特征在于所述第二步中的引發(fā)劑為偶氮二異丁脒鹽酸鹽V-50或偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽 VA-044。
全文摘要
本發(fā)明涉及紫外光引發(fā)模板共聚合法合成陽離子聚丙烯酰胺的方法，該方法是通過在反應(yīng)裝置中依次加入去離子水、陰離子聚合物、陽離子單體和丙烯酰胺單體攪拌均勻至完全溶解形成單體水溶液，然后再在單體水溶液中增加適當(dāng)?shù)脑鋈軇┖鸵l(fā)劑攪拌均勻，調(diào)整pH值，向反應(yīng)裝置中充入高純氮排出其中的空氣，然后將反應(yīng)裝置密封后放入紫外光反應(yīng)裝置中引發(fā)進行聚合反應(yīng)，生成陽離子聚丙烯酰胺膠體，最后將該膠體提純洗滌精制，在真空干燥箱中烘干后研磨即得終產(chǎn)物。本方法的優(yōu)點在于引發(fā)聚合時間短，加入助劑種類少，無需控制溫度，可簡化生產(chǎn)工藝，減少能耗，降低成本，本發(fā)明所合成的產(chǎn)品陽離子基團分布集中，陽離子度和分子量高、純度高、無毒無害。
文檔編號C08F2/48GK103059218SQ20131003161
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者鄭懷禮, 鄭曉楷, 關(guān)慶慶, 王亮, 劉力維, 孫永軍, 范偉 申請人:重慶大學(xué)