[发明专利]一种P（AM‑DMDAAC）的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种P(AM-DMDAAC)的合成方法。

背景技术

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是目前使用广泛的污泥调理剂。随着水质的不断恶化和排水量的不断增大，导致污水处理量增多和处理深度加大，进而污泥量变大。因而对于阳离子聚丙稀酰胺(CPAM)，无论是其需求量还是种类都必不可少。然而传统的阳离子聚丙稀酰胺(CPAM)大多阳离子单元分布不集中而使得正电荷密度较小，从而限制了其在污泥脱水中的应用。

针对阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的缺陷，人们研发了P(AM-DMDAAC)即聚(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵)，目前合成的方法为通常是以丙烯酰胺(AM)单体、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)单体，低分子聚丙烯酸钠(PAAS)为模板，通过紫外引发聚合合成P(AM-DMDAAC)，而紫外合成是关键。

近年来，紫外光(UV)引发水溶液聚合技术引起了学者的注意，因为这种方法是环保、节能，并反应速率较快生产。高压紫外光灯主要使用功率为500-1000W，主要波长为365nm。另外使用200-W高压汞灯光照120分钟可以通过疏水聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺。此外，这些研究还报道了在UV引发下表面改性的改进。

然而，一些新问题随之出现。极端温度是高压紫外线引发中最大的问题，其记录高达60-70℃。另外为了确保聚合反应在适宜恒定的条件下，必须添加复杂的冷凝设备以降低温度。因此，设备会增加生产成本并在工业生产和操作困难。另一方面，极端温度导致聚合物的交联，进一步导致絮凝剂的溶解度降低。此外，高压紫外光具有更高的穿透性，因此被认为会造成车间劳动者的重大安全威胁，而且高压紫外光能耗更大，不建议在工业生产。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种合成效果好、安全性高的P(AM-DMDAAC)的合成方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种P(AM-DMDAAC)的合成方法，其特征在于，以AM单体(丙烯酰胺)、DMDAAC单体(二甲基二烯丙基氯化铵)、尿素和作为模板的PAAS(丙烯酸钠)，在低压紫外光的作用下引发聚合反应来合成P(AM-DMDAAC)，即聚(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵)。

具体包括以下步骤：

1)向广口瓶中加入AM单体和蒸馏水，然后依次加入PAAS、DMDAAC单体、尿素和EDTA，然后搅拌至完全溶解，形成混合溶液。

2)调节混合溶液的pH值至4，再通氮驱氧；然后在氮气气氛中加入偶氮引发剂，并继续通氮气10min，再将广口瓶密封，形成密封反应体系。

调节pH是因为若反应体系pH值过低，则聚合过程中AM单体上的酰胺基(-CO-NH₂)容易发生分子间或分子内的酰亚胺化反应，导致聚合产物交联或产生支链，降低模板聚合物的极限粘度；若反应体系pH值过高，则会加快链转移速率，影响链增长，无法形成较高极限粘度的聚合产物。是以，调节体系PH＝4可使得AM被充分利用。

3)将密封反应体系置于波长为253.7nm、功率为24W的紫外光下照射1h以上，然后静置该密封反应体系2h以上，在密封反应体系生成的透明胶体状物质即为P(AM-DMDAAC)。其反应的方程式为：

为了进一步提纯，还可以包括步骤4)：将透明胶体状的P(AM-DMDAAC)解于蒸馏水，并加入盐酸调节pH调节至pH<2，再加入无水乙醇进行洗涤提纯，得到沉淀；将剪碎上述沉淀，并再次用无水乙醇进行洗涤提纯；重复剪碎、洗涤提纯若干次后，将得到的沉淀于60℃下干燥至恒重，即得白色固体状的P(AM-DMDAAC)。

其中：在步骤1)中的混合溶液中，AM单体和DMDAAC单体的质量分数之和为25％，是因为在单体总质量分数较低的情况下，单体与紫外光照射所产生的活性自由基的碰撞概率降低，单体与单体之间接触机会减少，影响分子链的产生和增长，并且降低聚合反应的速率，因此聚合产物的极限粘度较低；而当单体总质量分数过高时，单体与单体、单体与活性自由基之间接触碰撞的概率增加，导致聚合反应的速率加快，产生的聚合反应热无法及时散去，易产生链转移和链终止反应，降低聚合产物的极限粘度。此外，单体总质量分数过高还会导致的聚合产物分子结构严重的交联支化，使其在水中的溶解度降低，如图1所示。