[发明专利]一种支化结构水溶性聚合物的制备方法

说明书

本发明涉及一种支化结构水溶性聚合物的制备方法。该方法适用于(甲基)丙烯酰胺类单体、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸盐等水溶性单体的光聚合，可制备不同分子量和支化结构的水溶性聚合物，尤其是超高分子量水溶性聚合物。制备过程包括以下步骤：首先，通过含有光引发基团的小分子单体的聚合，制备侧基中含有光引发基团的多官能度水溶性大分子光引发剂。在紫外光辐照下，利用上述多官能度水溶性大分子光引发剂引发水溶性单体聚合，制备具有支化结构的水溶性聚合物。本发明的方法合成路线简单，操作安全简便，所制备大分子光引发剂光引发基团含量可控，引发活性高；可简便制备具有支化结构的水溶性聚合物，特别是超高分子量水溶性聚合物。

技术领域

本发明涉及一种采用光聚合方式制备支化结构水溶性聚合物的方法，具体来说，是先合成侧基中含有光引发基团的多官能度水溶性大分子光引发剂，进一步将大分子光引发剂用于引发丙烯酰胺类、丙烯酸、丙烯酸盐类等多种水溶性单体的光聚合，制备化学结构明确、分子量可控的支化结构水溶性聚合物，尤其是超高分子量的支化水溶性聚合物。

背景技术

水溶性聚合物是在水中能溶解形成水溶液的高分子化合物。水溶性聚合物的亲水基团不仅使其具有优异的水溶性，而且还具有化学反应功能以及分散、絮凝、增粘、减阻、粘合、成膜、成胶、螯合等多种物理功能，其与表面活性剂一起，被称为精细化工的两大支柱，在石油勘探、水处理、造纸、纺织、涂料、食品、日用化工等领域得到了广泛应用。

常见水溶性聚合物可以分为天然水溶性聚合物、半合成水溶性聚合物和合成水溶性聚合物。其中合成水溶性聚合物是以水溶性单体为原料，通过化学方法合成得到，常见水溶性聚合物如：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮及其共聚物等是通过自由基聚合制备。自由基聚合按照引发方式不同可以分为引发剂引发、热引发、光引发和辐射引发。引发剂引发作为一种常用的自由基聚合的方式，被广泛应用于水溶性聚合物的制备，但是常用引发剂引发体系存在聚合温度高、聚合产物分子量受温度影响较大且不可控、聚合产物分子结构设计和控制比较困难、引发剂残余等问题。

随着工业的发展，愈加复杂的应用环境、严格的环保要求也对水溶性聚合物的开发应用提出了更高的要求。例如，在三次采油方面常用作驱油剂的阴离子聚丙烯酰胺，目前所用的阴离子聚丙烯酰胺绝大多数为线型结构，存在剪切变稀、遇盐降粘的缺点，逐渐无法满足油田苛刻的开采条件。支化结构聚合物(支化聚合物)则具有优异的抗剪切性能，其水溶液在高速剪切的条件下，虽然也会有降解现象，但其主要存在于聚合物臂或支链上，不会导致大分子主链结构的变化，因此其水溶液在剪切前后有较稳定的粘度水平，可满足实际应用需求。同时，高分子量聚合物相对于低分子量聚合物具有粘度高和残余阻力系数大等优点，采收效果更好。因此，制备高分子量支化结构聚丙烯酰胺对于三次采油技术具有重要意义；在造纸助剂、阻垢剂方面，支化结构聚合物相比于传统的线型聚合物表现出更优异的絮凝、阻垢效果和更好的耐剪切能力，拥有更大发展潜力。因此，研究简便高效、安全环保的制备方法来合成支化结构高分子量水溶性聚合物在今后的应用发展中具有重要意义。

光聚合技术(又称光固化)，作为一种区别于传统引发剂引发及热引发的聚合手段，具有许多优越性与实用性如：聚合温度低可室温反应、引发效率高、聚合速度快等，其通过光与光敏感化合物的作用(光敏剂或光引发剂)，发生一系列光物理、光化学反应，体系中生成活性物质引发单体聚合，最终得到高分子量聚合物材料。与传统聚合方法相比，光聚合具有能耗低，操作简便，生产效率高，无溶剂挥发，环境友好等优点，自20世纪60年代问世以来受到了研究人员的广泛关注。但是，目前商业化的光引发剂绝大部分是油溶性的，在水中不溶或溶解度很小，这类光引发剂需借助于乳化剂和少量单体分散到水性聚合体系中，而且与水性体系存在很大的相溶性问题，影响光引发效率和制品性能。