一种阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备方法，属水溶性高分子合成领域。
背景技术
随着当前工业的发展，迫切需求高固含量、高相对分子量、稳定性好的水溶性聚合物系列产品，特别是聚丙烯酰胺类化合物仍是重要的研究方向。传统的聚丙酰胺干粉产品的生产工艺复杂冗长，一般包括聚合、造粒、干燥、粉碎等单元操作，生产成本高，设备投资大。阳离子型聚丙烯酰胺乳液由于功能组分本身为正电性，所以在自由基聚合过程中易受富电子链影响而发生“破乳”现象，其乳化技术复杂。目前许多阳离子型聚丙烯酰胺乳液采用苯、甲苯等有机溶剂作为溶剂油，对环境的污染较大，安全性低；且目前阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备多采用复合引发体系(氧化还原+偶氮类引发剂)引发聚合。其缺点是：反应时间长(正常18小时左右)，引发剂之间的衔接困难，难以控制反应进程；油相和水相搭配不合理，产品稳定性差，容易分层和产生沉淀。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备方法，该方法的引发体系简单，反应时间短，操作简便。由该方法制备的产品相对分子量高、阳离子电荷密度适中、稳定性好、固含量高，溶解速度快。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备方法，包括以下步骤：
a、按重量百分比取丙烯酰胺20～60％、阳离子单体20～40％、有机酸4～8％、氯化钠1～2％、脱盐水15～30％均匀混合，获得水相；
b、按重量百分比取溶剂油92～97％、Span80 2.5～5％、Tween61 0.5～3％，混合均匀，获得油相；
c、将油相与水相按重量比0.8∶1～1.5∶1混合，使混合后的水相和油相充分乳化，用强碱调PH值至4～6，获得配料；
d、将配料转移至反应釜中，将鏊合剂，链转移剂、引发剂分别加入到反应釜中，通氮气搅拌10～30分钟后停氮封口，分段控温聚合反应4～8小时；
e、放置0.5～2小时，把温度降至50℃以下，放料过筛得到稳定的乳液产品。
阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)；有机酸为乙二酸或衣康酸；溶剂油为石蜡油或低芳烃油。
调PH值的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，PH值的较佳值为5～6。
鏊合剂为乙二胺四乙酸二钠，链转移剂为甲酸钠，引发剂为偶氮二异丁腈，它们在反应釜内与总配料量的质量比分别为：乙二胺四乙酸二钠10～100ppm、甲酸钠20～200ppm、偶氮二异丁腈100～500ppm。
分段控温聚合反应的各段的温度和时间为：第一段、温度45～50℃，时间150～240分钟；第二段、温度52～56℃，时间30～60分钟；第三段、温度75～80℃，时间60～120分钟。
低芳烃油为Exxsol D80或Exxsol D110或Exxsol D130或Isoper M或HydrosealG232或HydrosealG250或HydrosealG400。
本发明采用反相乳液聚合技术，只需一种引发剂、一步合成反应即可得到最终产物，大大简化了生产工艺，降低了投资和生产成本。此外，反相乳液聚合能在高转化率和高聚合速率下，生产出高分子量水溶性产品，最终产品为流动性好的乳液产品，具有表观粘度低、流动性好、速溶等特点，适应高效工业化生产的需要。产品可广泛的应用于污水处理、造纸、选矿等领域。
本发明提供的方法反应平稳、安全、转化率高，残余单体含量低，生产工艺简单，能耗低且无三废污染问题；由本发明制备的产品分子结构组成合理、粘度适中可调、产品分散性好、溶解速度快、使用便捷，可稳定存放的时间长。
【具体实施方式】
以下结合几个实施例进一步说明本发明。
实施例1：
a、水相配制：在250ml的烧杯中加入丙烯酰胺63g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)50g、乙二酸9.5g、的氯化钠2.5g、脱盐水50g均匀混合；
b、油相配制：在500ml的烧杯中加入228g的石蜡油，10.5g的Span80，1.75g的Tween61，混合均匀；
c、把配好的水相和油相加入750毫升的乳化釜内，乳化釜的搅拌转速设定为10000rpm，充分乳化30分钟，并用氢氧化钠调节PH值为5.4-5.7，获得配料；
d、把制好的配料转移到装有搅拌器、温度计的750毫升反应釜中，控制温度20～30℃，搅拌转速200～300rpm，分别加入乙二胺四乙酸二钠0.02g、甲酸钠0.025g、偶氮二异丁腈0.08g，通氮气搅拌30分钟除氧后停氮封口并继续搅拌，分段控温聚合反应：第一段，用水浴升温到45℃，保温180分钟，第二段，水浴升温到54℃，保温40分钟，第三段，水浴升温到78℃，保温120分钟；
e、降温到50℃以下放料，经过20目筛后得到产品。
测得产品的固含量为30％，阳离子的离子度为35％，粘度为3.6cps(测试条件为NDJ-1型旋转粘度计，温度25℃，UL转子转速为60rpm，在1mol/L氯化钠水溶液条件下)，溶解时间小于2min。
实施例2：
a、水相配制：在500ml的烧杯中加入丙烯酰胺80g，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)80g、衣康酸8.5g、氯化钠2.1g、脱盐水35g混合均匀；
b、油相配制：在500ml的烧杯中加入210g的Exxsol D110、8.75g的Span80、1.32g的Tween61，混合均匀；
c、把配好的水相和油相加入1000毫升的乳化釜内，乳化釜的搅拌转速为10000rpm，充分乳化30分钟，并用氢氧化钾调节PH值为5.8-6，获得配料；
d、把制好的配料转移到装有搅拌器、温度计的反应釜中，控制温度20～30℃，搅拌转速200-300rpm，分别加入乙二胺四乙酸二钠0.025g，甲酸钠0.028g、偶氮二异丁腈0.15g，通氮气搅拌30分钟除氧后停氮封口并继续搅拌，分段控温聚合反应：第一段，用水浴升温到47℃，保温220分钟，第二段，水浴升温到56℃，保温60分钟，第三段，水浴升温到80℃，保温60分钟；
e、降温到50℃以下放料，经过20目筛后得到产品。
测得产品的固含量为40％，离子度为41％，粘度为3.9cps(测试条件为NDJ-1型旋转粘度计，温度25℃，UL转子转速为60rpm，在1mol/L氯化钠水溶液条件下)，溶解时间小于5min。
实施例3：
a、水相配制：在500ml的烧杯中加入丙烯酰胺84g，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)56g，乙二酸9g，的氯化钠2g，脱盐水30g混合均匀；
b、油相配制：在500ml的烧杯中加入192.5g的HydrosealG250、7.875g的Span80、1.5g的Tween61，混合均匀；
c、把配好的水相和油相加入1000毫升的乳化釜内，乳化釜的搅拌转速为10000rpm，充分乳化30分钟，并用氢氧化钠调节PH值为6，获得配料；
d、把制好地配料转移到装有搅拌器、温度计的反应釜中，控制温度20～30℃，搅拌转速200-300rpm，分别加入乙二胺四乙酸二钠0.022g，甲酸钠0.03g、偶氮二异丁腈0.1g，通氮气搅拌30分钟除氧后停氮封口并继续搅拌，用水浴升温到45℃，保持150分钟；水浴升温到54℃，保温50分钟，水浴升温到75℃，保温120分钟；
e、降温到50℃以下放料，经过20目筛后得到产品。
测得产品的固含量为39％，离子度为31.5％，粘度为2.99cps(测试条件为NDJ-1型旋转粘度计，温度25℃，UL转子转速为60rpm，在1mol/L氯化钠水溶液条件下)，溶解时间小于5min。