[发明专利]二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制法

说明书

一技术领域

本发明涉及水溶性高分子聚合物的制备技术，特别是一种系列化的水溶性阳离子高分子聚合物二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺共聚物的水溶液聚合制法。

二背景技术

二甲基二烯丙基氯化铵(Dimethyldiallyl ammonium chloride，DMDAAC)与丙烯酰胺(Acrylamide，AM)的共聚物(Poly-Dimethyldiallyl ammonium chloride-Acrylamide，PDA)是一种阳离子型聚电解质。PDA为胶体或白色吸水性粉体，溶于水、甲醇和冰醋酸，不溶于其他溶剂，水溶液呈中性。由于其分子结构具有大分子链上所带正电荷密度可调，水溶性好，高效无毒，阳离子单元结构稳定，pH适用范围广等特点，而被广泛地应用于石油开采、造纸、采矿、纺织印染、日用化工及水处理等领域。由阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和非离子单体丙烯酰胺(AM)在引发剂引发下，经自由基聚合反应得到共聚产物(PDA)的反应表达式如下：

或者，

PDA作为一种水溶性阳离子高分子，其广泛的应用背景完全来自于其分子结构本身所具有的特点。相对分子质量和分子链上阳离子电荷密度的不同，使其有不同的用途。特别地，在不同阳离子度下(阳离子单元在分子链总单元中占的百分数称为阳离子度)，具有较高相对分子质量的PDA产物制备方法的获得就意味着PDA产物在阳离子度和相对分子质量上可获得的系列化程度高，适用面广而具有重要应用价值。制备共聚物PDA的方法主要有乳液聚合法、水溶液聚合方法。但是乳液聚合方法存在工艺复杂、操作不便，产品中含油相等缺陷限制了其应用领域。水溶液聚合方法虽然工艺简单、操作安全、方便，但共聚物PDA相对分子质量低，系列化程度低而影响了其广泛应用。

近几十年来，国内外研究工作者注意到了上述情况。通常，根据合成PDA的自由基聚合反应特点，他们采用以下几个方法来研究得到制备PDA的新方法：一是在聚合反应中选用更加高效的引发剂或引发剂体系，提高聚合产物PDA相对分子质量；二是选用纯度较高的单体，包括阳离子单体DMDAAC和非离子单体AM，以减少聚合反应中的阻聚作用和链转移作用得到高相对分子质量的聚合产物PDA；三是通过聚合反应工艺条件，包括单体总浓度，反应的时间和温度，加料方式等条件的优化和各种助剂的使用，来改进聚合反应条件，提高聚合产物PDA的相对分子质量。

例如：文献1(Gartner H A.Process for the production of high molecular weightcopolymers of diallylammonium monomers and acrylamide monomers in solution.US5110883，1992)，采用偶氮类与过氧化物或氧化还原类复合物为引发剂，限定杂质烯丙基二甲胺量小于50mg/kg，二甲胺量小于100mg/kg和烯丙醇量小于10mg/kg的阳离子单体DMDAAC 60％水溶液，限定杂质次氮基三丙烯酰胺小于1200mg/kg，甲氧基对苯二酚小于10mg/kg的AM单体为原料。使用30L的反应器，抽真空条件下在水溶液中采用分段补加活泼单体AM，在反应后期添加链转移剂方法来制得聚合产物PDA。此方法提高了阳离子单体转化率和产物PDA的相对分子质量，阳离子度为10％、16％、30％和50％的PDA粉状产物的特征粘度分别为16dL/g，12.8dL/g，12.5dL/g和13.3dL/g(4％NaCl水溶液，25℃下由Brookfield LVT粘度计测定得到)，阳离子单体转化率分别为99％、92.5％、85％和89％。

文献2(张爱华，许振举，孙孝恭，等.二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物.CN1051366A，1991)采用过硫酸盐加亚硫酸氢钠的氧化还原体系，以阳离子单体DMDAAC和非离子单体AM为原料，在1L反应器中，由水溶液聚合制得聚合产物PDA。制备工艺中两种单体的总质量分数为10％～30％；聚合反应温度40～80℃，阳离子单体与非离子单体的物质的量之比为n(DMDAAC)∶n(AM)＝1∶(3～4)，聚合反应时间4～5h。反应结束加水稀释，最终得到共聚物PDA的阳离子度在15％～25％，特征粘度在4～5dL/g，固含量为10％共聚物胶体产物。