[发明专利]一种高固含量聚丙烯酰胺乳液的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种乳液制备领域，特别涉及一种高固含量聚丙烯酰胺乳液的制备方法。

背景技术：

丙烯酰胺易于聚合得到超高分子量的聚合物，可广泛的应用在水处理、造纸以及油田开采等领域中。然而，高分子量聚丙烯酰胺溶液黏度很高，增大制备时的难度，而且高分子量聚丙烯酰胺固体极易吸湿难于溶解，在使用时也带来了不便。为了解决这个难题，八十年代出现了一种新的聚合方法，反相乳液聚合，这种方法通过大幅提高乳化剂的浓度得到具有热稳定性的乳液。但因其形成条件苛刻，反相乳液产品存在着固含量低和乳化剂添加量高的缺点。另外，由于丙烯酰胺的聚合反应时强放热反应，每公斤丙烯酰胺聚合约放出278千卡热量，因此随着聚合反应的进行，聚合体系的温度会不断升高，若以聚合时单体浓度30％计算，不考虑散热，放出的聚合热可近似使体系温度升高85℃。因此，在制备聚丙烯酰胺乳液，特别是高固含量乳液的过程中，如果制备工艺不能顺利的使体系散热，聚合体系温度过高会引起物料暴沸，釜内压力急剧升高、高温物料喷溅等危险。

而在实际应用中，高固含量乳液更有实用价值，可以节省运输和使用成本。从文献和专利报道的情况来看，关于反相乳液聚合的研究大部分都集中在低单体浓度乳液上(固含量<25％)，仅有少部分研究中等单体浓度乳液(固含量30～40％)的报道。并且绝大部分研究在描述聚丙烯酰胺乳液的制备工艺时，并未谈及聚合过程中如何处理好体系散热的问题，仅在专利CN102219879中提到在聚合过程中以温度为梯度，分为三个过程完成聚合反应，该篇专利侧重降低阴离子型聚丙烯酰胺乳液中残余单体含量的方法，对每个温度梯度聚合时的区别和作用没有界定和说明，也未对阴离子、阳离子以及非离子聚丙烯酰胺乳液制备时工艺的差别进行阐述。

发明内容：

本发明针对上述聚丙烯酰胺乳液研究中的缺陷，解决高固含量阴离子、阳离子以及非离子聚丙烯酰胺乳液制备时散热的问题，提供一种高固含量聚丙烯酰胺乳液的制备方法。

本发明所述制备方法包括如下步骤：

将单体配制成质量百分比50％～70％的单体水溶液，调节pH值至中性，强力搅拌的同时将单体水溶液加入乳化剂、溶剂油以及偶氮引发剂构成的油相体系中，乳液配制过程中通过循环水浴控制温度在10～15℃之间，通高纯氮气驱氧1小时，保持搅拌，期间滴加氧化剂，通氮除氧后，排空循环水浴，缓慢滴加还原剂0.5～2小时，当温度升至40℃时停止滴加，同时通入40℃的循环水浴，停止搅拌，静置1～3小时，当温度升至50℃时，排空循环水浴，开始慢速搅拌，期间通过调节搅拌速度控制最高温度不超过60℃，当温度下降至低于50℃时，通入50℃的循环水浴，保持慢速搅拌3～5小时，聚合完成，调节循环水浴温度至20℃，当体系温度降至20～30℃之间后，滴加反相剂，搅拌均匀后出料。

所述单体包括至少一种非离子单体，非离子单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺；根据需要的乳液离子种类，单体还包括阴离子单体或阳离子单体，阴离子单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和前述物质的盐，阳离子单体选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵及二甲基二烯丙基氯化铵。单体添加量占乳液总重量的30～50％。

所述乳化剂为乳化剂A和乳化剂B的混合物，乳化剂A为Hypermer系列高分子表面活性剂中一种或多种的混合物，乳化剂B为司班60、司班65、司班80、司班85、Arlacel83中一种或多种的混合物，HLB值控制在4～6之间，乳化剂添加量占乳液总重量的2～4％。

所述溶剂油为白油、异构烷烃油、脱芳烃溶剂油中一种或多种的混合物，溶剂油的馏程在200～250℃之间，运动粘度0.8～1.6mm²/s之间，溶剂油添加量占乳液总重量的21～26％。

所述偶氮引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁腈基甲酰胺中一种或多种的混合物，偶氮引发剂添加量占单体总重量的0.03～0.06％。

所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、溴酸钾、过氧化氢、异丙基过氧化氢、叔丁基过氧化氢中一种或多种的混合物，氧化剂添加量占单体总重量的0.005～0.02％。

所述还原剂为亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钠中一种或多种的混合物，还原剂添加量占单体总重量的0.001～0.005％。