水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料的制备方法，属于水溶性高分子材料的制备技术。该方法包括以下过程：在Na

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料的制备方法，属于水溶性高分子材料的制备技术。

背景技术

丙烯酰胺及其衍生物的聚合物是一类水溶性功能高分子产品，由于它具有高分子量、易形成氢键、能进行多种化学反应的特点，因此在许多领域都得到应用，发展极其迅速。产品种类多，其剂型变化很大，最早生产的是8～10％水溶液，七十年代发展的主要是干粉剂。八十年代初又出现了油包水型(W/O)反相胶乳型产品。因为水溶胶产品聚合物含量低、使用及贮存不便；粉剂产品难溶，并且需要庞大的溶解设备；而反相胶乳型产品以其固含量高(30％)、稳定性好(9个月)、溶解速度快、使用方便，一时引起国内外研究者的广泛关注。在我国，该反相胶乳型产品是由本课题最先开发成功，并于89年在天津大学化工实验厂投产成功，应用于油田注水调剖、堵水，取得了显著的经济效益。然而该反相胶乳型产品由于其连续相使用的是油或有机溶剂，从而大大地增大了其制造成本，并且使用时易产生污染，从而限制了其应用范围。目前国内外其产品剂型多为粉剂和反相胶乳，少部分水溶胶。本发明避免上述现有技术的不足，着眼于在聚合反应方法和产品剂型及性能上加以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料的制备方法，该方法制备的聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料具有制造成本低、固含量高、分子量高且分布窄、速溶且绿色环保以及应用范围广的特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种水溶性聚丙烯酰胺及其衍生物超微细粉体材料的制备方法，其特点在于包括以下过程：将Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄和(NH₄)₂HPO₄按质量比为2～4∶1～2∶1～3均匀溶解于水中，配成浓度为5～10％的盐溶液，然后加入以丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵摩尔比为20～25∶1～1.2∶1～1.5的混合单体，单体占整个体系的质量浓度为25～30％，然后加入占整个反应体系总质量的1～2％，固含量为8～10％的二烯丙基二乙基氯化铵的聚合物作为胶体稳定剂，再加入占单体质量为0.002～0.01％的过硫酸铵、0.1～0.7％的脲、0.002～0.01％的溴酸钾、0.005～0.01％的亚硫酸钠作为氧化还原引发体系，并加入占整个反应体系质量的0.05～0.2％的乙酸调节反应液的pH值为4～6，在氮气保护下，搅拌升温至15～20℃引发聚合，反应4～8小时达到温峰后，于40～55℃保温反应3～8小时，即制成水包水型聚合物乳液，再经喷雾干燥，制得外观白色粒径为10～100μm微细粉末，固含量≥95％，溶解速度≤5min，平均分子量为350～400万的I型产品，或平均分子量为700～900万的II型产品。

本发明的优点在于，(1)制得产品分子结构组成合理、分子量高并且可以根据使用方向进行调整；(2)采用复合氧化-还原引发体系，反应活化能低，反应易于进行，反应平稳、安全、转化率高，残余单体含量低；(3)生产工艺简单，反应条件温和、能耗低且无三废污染问题；(4)该反应的乳化体系是利用聚合单体于一定的盐溶液中的自乳化作用来实现的，无需外加乳化剂和油相，从而大大地降低了生产成本，并且绿色环保，使用过程中不会造成二次污染；(5)产品分散性好；溶解速度快，小于5min。

具体实施方式

实施例1：制备水溶性聚合物超微细粉体材料I型产品

在带有搅拌器、温度控制器、回流冷凝器的50L不锈钢反应釜中，先加入纯净水21.kg，再加入1.6kg的Na₂SO₄、1.6kg(NH₄)₂SO₄和0.8kg(NH₄)₂HPO₄，溶解均匀后，依次加入7.1kg丙烯酰胺、1.0kg浓度为79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2.04kg浓度为79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵，搅拌至完全溶解后，加入固含量为8％的二烯丙基二乙基氯化铵的聚合物0.4kg，搅拌均匀后，通氮气除氧30分钟。，将反应釜内温度升高至22℃，再按量称取过硫酸铵0.38g、脲47.5g、溴酸钾0.38g、亚硫酸钠0.76g四种试剂，分别加50ml水溶解，在2～4小时内，将引发剂和还原剂分别分成三等份依次加入反应釜中，同时加入0.09kg乙酸调节反应液的pH值为6，内温开始缓慢上升，待到达温峰后，升温至50℃保温反应4～8小时，得到聚合物乳液经喷雾干燥，制得I型产品，白色微细粉末，粒径为10-50μm，固含量≥95％，分子量为350-450万，溶解速度≤5min，该产品用作造纸助留助滤剂和粉体材料的分散剂。

实施例2：制备水溶性聚合物超微细粉体材料II型产品

在带有搅拌器、温度控制器、回流冷凝器的50L不锈钢反应釜中，先加入纯净水20.5kg，再加入1.92kg的Na₂SO₄、1.92kg(NH₄)₂SO₄和0.96kg(NH₄)₂HPO₄，溶解均匀后，再依次加入7.9kg丙烯酰胺、1.32kg浓度为79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2.68kg浓度为79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵，搅拌至完全溶解后，加入固含量为8％的二烯丙基二乙基氯化铵的聚合物0.4kg，搅拌均匀后，通氮气除氧30分钟。将反应釜内温度升高至15℃，再按量称取过硫酸铵0.19g、脲24g、溴酸钾0.19g、亚硫酸钠0.45g四种试剂，分别加50ml水配成溶液，在2～4小时内，将引发剂和还原剂分别分成三等份依次加入反应釜中，同时加入0.1kg乙酸调节反应液的pH值为5，内温开始缓慢上升，待到达温峰后，于45℃保温反应3～4小时后，再加入1/3的氧化剂和还原剂，升温至50℃保温反应2～8小时，得到聚合物乳液经喷雾干燥，制得II型产品，白色微细粉末，粒径为10-50μm，固含量≥95％，分子量为350-450万，溶解速度≤5min，该产品用作油田的泥浆处理剂及环保工业中的水处理剂。

实施例3：

在带有搅拌器、温度控制器、回流冷凝器的50L不锈钢反应釜中，先加入纯净水21.kg，再加入1.6kg的Na₂SO₄、1.6kg(NH₄)₂SO₄和0.8kg(NH₄)₂HPO₄，溶解均匀后，再依次加入7.9kg丙烯酰胺、1.32kg浓度为79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2.68kg浓度为79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵，搅拌至完全溶解后，加入固含量为8％的二烯丙基二乙基氯化铵的聚合物0.4kg，搅拌均匀后，通氮气除氧30分钟。将反应釜内温度升高至15℃，再按量称取过硫酸铵0.19g、24g脲、溴酸钾0.19g、亚硫酸钠0.45g四种试剂，分别加50ml水配成溶液，在2～4小时内，将引发剂和还原剂分别分成三等份依次加入反应釜中，同时加入0.11kg乙酸调节反应液的pH值为4，内温开始缓慢上升，待到达温峰后，升温至50℃保温反应2～8小时，得到聚合物乳液经喷雾干燥，制成目的产品。该产品粒径为70～100μm。

实施例4：

在带有搅拌器、温度控制器、回流冷凝器的50L不锈钢反应釜中，先加入纯净水20kg，再加入1.92kg的Na₂SO₄、1.92kg(NH₄)₂SO₄和0.96kg(NH₄)₂HPO₄，溶解均匀后，再依次加入7.1kg丙烯酰胺、1.0kg浓度为79％的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2.04kg浓度为79％的(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵，搅拌至完全溶解后，加入固含量为8％的二烯丙基二乙基氯化铵的聚合物0.4kg，搅拌均匀后，通氮气除氧30分钟。将反应釜内温度升高至22℃，再按量称取过硫酸铵0.38g、脲47.5g、溴酸钾0.38g、亚硫酸钠0.76g四种试剂，分别加50ml水配成溶液，在2～4小时内，将引发剂和还原剂分别分成三等份依次加入反应釜中，同时加入0.11kg乙酸调节反应液的pH值为4，内温开始缓慢上升，待到达温峰后，升温至50℃保温反应2～8小时，得到聚合物乳液经喷雾干燥，制得目的产品产品。该产品粒径为10～20μm。分子量为350-450万。