[发明专利]一种光引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺的方法

说明书

本发明涉及一种光引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，该方法是通过在石英反应装置中依次加入去离子水、丙烯酰胺单体、阳离子单体和助溶剂至完全溶解，调节溶液pH值，向反应装置边充入高纯氮边依次加入偶氮引发剂和氧化还原引发剂，将反应装置密封后置于超声波仪振荡均匀，放置在在匀速转动的转盘上，采用先低光强再高光强的控制方法进行反应，生成聚丙烯酰胺胶体后经熟化、洗涤精制、干燥研磨后即得到最终产物。该方法能保持反应体系内一定浓度的自由基，保证链增长均匀有序进行，制备出的聚丙烯酰胺溶解性好、絮凝性能好，而且紫外光引发方式具有生产能耗低、生产效率高、操作简单易于控制等优点，本发明具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及以一种水溶液高分子聚合物的合成方法，具体涉及一种新型光引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺的方法。

背景技术

阳离子聚丙烯酰胺（英文名称cationic polyacrylamide，缩写为CPAM）是目前研究和应用最广泛的有机高分子絮凝剂之一，这是因为CPAM分子链上带有正电荷活性基团且为线性高分子聚合物，它可通过电性中和、吸附架桥等作用使水中胶体颗粒及悬浮物脱稳、絮凝从而达到污泥脱水和污水处理的目的。目前，CPAM的制备方法包括两种：聚丙烯酰胺的阳离子改性法和共聚合法。聚丙烯酰胺阳离子改性法主要是通过羟甲基反应或曼尼奇反应实现，这种方法制备的CPAM产品存在储存时间短、阳离子度低且阳离子度不易控制的缺点。共聚合法是将丙烯酰胺单体与阳离子单体在一定条件下引发共聚合获得CPAM，共聚合法在一定程度上可以克服阳离子改性法的缺点，因此研究应用更为广泛。

溶解性能是CPAM的研究应用中一个亟待解决的问题，也是CPAM产品性能的关键参数。一般来说CPAM分子链交联则较难溶解或无法溶解，如果CPAM分子链线性程度好则较易溶解。CPAM分子链的形态与聚合反应过程密切相关，如果聚合反应过程自由基数量过多则出现交联的概率将大大增加，自由基的数量主要决定于引发剂的添加量，一般引发剂添加量越多则自由基产生数量越多，反之则越少；引发方式也会影响自由基产生的数量，以热引发为例，如果引发温度过高或传热不均匀出现局部温度过高，则自由基产生数量会骤增也容易出现分子链交联的现象。因此，为提高CPAM的溶解性，应减少引发剂的添加量，同时应保证引发方式产生的引发能量小且能量传输均匀。除此之外，絮凝性能、生产工艺能耗、生产效率等也是CPAM生产工艺的关键方面。尽管近年来国内CPAM生产工艺取得了长足的进步，上述的各个方面都能够得到一定的解决，但是常常难以统筹兼顾。

例如，如公开号102603970A的专利“一种阳离子聚丙烯酰胺的制备方法”是介绍了一种通过紫外光引发制备CPAM的方法，尽管制备出的CPAM纯度高、无毒无害，且反应时间短、反应能耗低，但并没有优化CPAM的溶解性能。又如公开号101921365B的专利“速溶性阳离子聚丙烯酰胺的制备方法”介绍了一种通过热引发制备CPAM的方法，该方法制备出的CPAM溶解性好，可以作为有机絮凝剂、纸张增强剂、助留剂等应用于城市生活及工业污水处理和造纸等领域，但是该方法也存在添加剂种类多、热引发能耗高、反应时间长（生产效率低）等缺点。目前，CPAM生产工艺仍需进一步提升和改进。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是：提供一种新型光引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，该方法加入助剂种类少、用量低，CPAM溶解性能好、絮凝性能好，生产能耗低、生产效率高、操作简单易于控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光引发体系制备阳离子聚丙烯酰胺的方法，其具体步骤如下：

第一步，在反应装置中依次加入一定量去离子水、丙烯酰胺单体、阳离子单体和助溶剂尿素，经搅拌溶解均匀后调节溶液pH值至3-9；计阳离子单体和丙烯酰胺单体为总单体，反应体系总单体质量分数为15%-50%，丙烯酰胺单体占总单体质量20%-90%，阳离子单体占总单体质量10%-80%；助溶剂尿素占总单体质量0.4‰-3.60‰。