[发明专利]疏水改性阳离子聚丙烯酰胺及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子聚合物领域，涉及含有疏水单元的疏水改性阳离子聚丙烯酰胺和用途，及其均相水溶液共聚合制备疏水单元的疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的合成方法。

背景技术

高分子絮凝剂是一种能将水中悬浮物、胶体或溶质形成絮凝沉淀，或使其悬浮于液面的功能聚合物，它们在工业废水、生活污水处理、造纸采矿等工业以及生物医药方面的应用具有十分重要的作用。高分子絮凝剂经历了从非离子型到阴离子型、阳离子型和两性型的发展，而阳离子型高分子絮凝剂还具有杀菌、更高絮凝效率，对许多悬浮固体脱水快、效果好等优点，近些年是国内外絮凝剂开发的重点之一。目前高分子絮凝剂的设计主要为阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)等与丙烯酰胺(AM)的共聚物(有关阳离子高分子絮凝剂的若干问题，精细与专用化学品，2002，21，3～6)。而最近的研究发现将疏水基团引入该类高分子可以起到加大该类高分子的絮凝效果。

由于疏水单体溶解性的问题，目前亲水单体和疏水单体采用的共聚合方法主要为三种：(1)混合溶液聚合，即亲水和疏水二种单体均溶解在混合溶剂中均相共聚合；(2)胶束共聚合，疏水单体增溶在表面活性剂形成的胶束中进行共聚合；(3)分散聚合，即疏水单体直接分散在水中进行非均相共聚。前两种聚合方法使用了有机溶剂和表面活性剂会对环境造成污染，而分散聚合常常疏水单体反应不完全，产品质量差。

因此，为了发展环境友好化的生产工艺，必须对上述方法进行改进。

发明内容

本发明的目的之一是提供疏水改性阳离子聚丙烯酰胺。

本发明目的之二是提供一种能用于制备疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的疏水单体包结物。

本发明的目的之三是提供一种共聚合制备疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的方法，可以免去有机溶剂或者表面活性剂的使用，减少对环境的污染。

本发明目的之四是提供制备疏水单体包结物的方法，将疏水单体转化为亲水单体，采用环糊精的包结作用将疏水单体转化为亲水单体，可以实现这类单体在水溶液中的聚合；制备得到的疏水单体包结物具有很好的水溶性，溶解度在5％以上，可以满足聚合需要的疏水单体浓度的要求。

本发明的目的之五是提供疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的用途。

本发明的疏水改性阳离子聚丙烯酰胺(高分子絮凝剂)由少量疏水单体包结物与丙烯酰胺(AM)以及阳离子单体水溶液共聚得到，是一类水溶性良好的疏水改性阳离子聚丙烯酰胺，其分子量在2×10⁶～1×10⁷范围，结构式可表示如下(P-1，P-2)：

x＝y＝z＝1

R₁，R₃独立的是H或CH₃；

R₂是烷基数大于3小于16的烷基，或环烷基；

(P-1)

或

x＝y＝z＝1

R₄，R₆独立的是H或CH₃；

R₅是(CH₂)_n或(CH₂CH₂O)_m，其中m，n分别是1～6的整数；

Ph是C₆H₅。

(P-2)

本发明的疏水改性阳离子聚丙烯酰胺的合成方法是采用共聚合的方法：

在反应容器中，加入疏水单体包结物、丙烯酰胺单体、阳离子单体，溶解后向反应容器中通入高纯氮，通氮时间为20～40分钟，然后加入引发剂，继续通氮10～15分钟，自然升温进行聚合，优选在20～60℃进行聚合，得到透明的聚合物产品；然后用丙酮沉淀纯化，可以将疏水单体包结物及未反应的单体除去，在30～60℃温度下真空干燥至恒重，得到疏水改性阳离子聚丙烯酰胺。

在聚合体系中，丙烯酰胺单体占总单体量的65～89.9mol％为佳，阳离子单体(PB)占总单体量的10～30mol％为佳，疏水单体包结物(PA或PC)占总单体量的0.1～5mol％为佳。引发剂含量为单体总量的0.1～2.0wt％为佳。

本发明中所用的引发剂为水溶性自由基引发剂，如过氧化氢、过硫酸盐或水溶性偶氮等，或者是所述水溶性自由基引发剂中的一种与还原剂三乙胺或四甲基乙二胺等构成的氧化还原体系，两者的质量比为1：1。

所述的过硫酸盐是过硫酸铵或是过硫酸钾等。