[发明专利]一种阳离子聚丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明具体的涉及一种阳离子聚丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

现代造纸机结构发生了巨大的变化，如双网成型器的使用，形成的高湍流会打碎直链聚合物，但传统的助留助滤剂主要以直链的聚丙烯酰胺及其衍生物为主。因此，研究在高湍流作用下的高效助留助滤剂迫在眉睫。由于文化用纸主要是在碱性条件下抄造，因此研究的助留助滤剂需在碱性条件下正常使用。

造纸系统一般用的助留助滤剂是聚丙烯酰胺及其衍生物，如阳离子聚丙烯酰胺，但阳离子聚丙烯酰胺易发生卷曲、抱团现象，影响絮聚效果。

聚丙烯酰胺可采用自由基水溶液聚合或反相乳液聚合、反相悬浮聚合等方法制备，水溶液聚合工艺简单，聚合率高，但难以制备高相对分子质量的聚丙烯酰胺。作为造纸助留助滤剂要求粘均分子量大于300万，聚丙烯酰胺体系的粘均分子量达到300万以上时，体系的粘度将达到100Pa·s，易产生爆聚，水溶性差。反相乳液的虽能有效解决这些问题，但是大量用到有机溶剂，存在污染及生产成本问题，且产物的水溶性差，使用起来非常困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的造纸系统中阳离子聚丙烯酰胺易发生卷曲、抱团现象，影响絮凝效果的缺陷，而提供了一种阳离子聚丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用。本发明的制备方法可以持久交联，从而使制得的聚丙烯酰胺聚合物中形成较多的三维网络结构，有效改善留着效率；并且制得的聚丙烯酰胺聚合物还可达到良好的溶解性，能够迅速溶解到水中。

本发明涉及一种阳离子聚丙烯酰胺聚合物的制备方法，其包含下列步骤：在水中，将丙烯酰胺单体，聚氧化乙烯，阳离子单体及引发剂进行聚合反应，即可；其中，聚氧化乙烯的粘均分子量为70万～300万(优选70万～100万)；丙烯酰胺单体的结构如下：

其中，R为氢、甲基或乙基；阳离子单体为季铵化阳离子单体，所述的引发剂为氧化还原体系引发剂或稀土元素的盐，丙烯酰胺单体与上述聚氧化乙烯的质量比为1∶0.02～1∶0.05。

较佳的，在上述聚合反应中，还可以加入粘均分子量为10000～50000的聚氧化乙烯，丙烯酰胺单体与该聚氧乙烯的质量比较佳的为1∶0.5～1∶2。

本发明中，所述的季铵化阳离子单体较佳的为二甲基二烯丙基氯化铵，其结构如下：

或者甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

所述的氧化还原体系引发剂可为本领域常用的氧化还原体系引发剂，较佳的为过硫酸盐和亚硫酸氢盐体系(如过硫酸钠和亚硫酸氢钠)，过硫酸盐和伯胺体系，或者过硫酸盐和叔醇胺体系。所述的稀土元素的盐也可作为引发剂使用，其中稀土元素较佳的为镧系元素，如铈、镧或镨等，所述的稀土元素的盐可为任何含有上述稀土元素离子的盐，较佳的为硝酸盐。丙烯酰胺单体与引发剂的质量比较佳的为100∶1～20∶1。

所述的丙烯酰胺单体与水的质量比较佳的为1∶4～1∶10。所述的丙烯酰胺单体与阳离子单体的质量比较佳的为2∶1～10∶1。

所述的聚合反应的温度较佳的为50℃～90℃。反应的时间较佳的为4～6小时。

本发明还涉及由上述制备方法制得的阳离子聚丙烯酰胺聚合物。

本发明进一步涉及本发明的阳离子聚丙烯酰胺聚合物作为助留助滤剂的应用。例如，其可以作为助留助滤剂比较好的用于高速纸机系统中。

本发明的制备方法中，上述各优选条件可在不违背本领域常识的前提下任意组合，即得本发明的各较佳实例。

综上，本发明将丙烯酰胺单体、阳离子单体与高分子量的聚氧化乙烯发生接枝共聚反应，制备得到了高支链的阳离子聚丙烯酰胺聚合物，是一种高支链的用于造纸湿布的助留助滤剂。

并且，本发明还可将丙烯酰胺及阳离子单体等溶解在低分子量的聚氧化乙烯溶液中进行反应，通过聚合物与分散介质的相互作用，体系发生分离，提高所合成聚合物相对分子质量，降低体系黏度，同时制得的阳离子聚丙烯酰胺聚合物也拥有良好的溶解性，能够迅速溶解在水中。

除特殊说明外，本发明涉及的原料和试剂均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明制得的阳离子聚丙烯酰胺聚合物为一种高支链的用于造纸湿布的助留助滤剂，具有较好的留着效率，可在高pH、高剪切力、白水高度封闭系统使用。

2、本发明的制备方法可提高所合成聚合物的相对分子质量，降低体系黏度，同时制得的阳离子聚丙烯酰胺聚合物也拥有良好的溶解性，能够迅速溶解在水中。

具体实施方式