一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法

摘要

本发明涉及一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法，通过将无机盐、亲水性阴离子型或非离子型表面活性剂与高分子量聚环氧乙烷混合，可以在溶解中降低聚环氧乙烷与水分子之间的氢键强度，提高其在水中的分散情况，达到降低溶解时间的实验效果。发明所采用的促溶剂为固体粉末，原料易得、化学毒性低、无刺激性气味，添加量仅为聚环氧乙烷用量的0.5～10％。添加促溶剂后，高分子量聚环氧乙烷的溶解时间可降低10％～50％，与此同时，溶液粘度未发生显著变化。

说明书

技术领域

本发明涉及提高聚环氧乙烷溶解速度的方法，尤其是涉及提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法。

背景技术

聚环氧乙烷是一种水溶性高分子化合物，用途十分广泛。目前，聚环氧乙烷在国内造纸行业中的用量已达5000吨/年，且主要是分子量在300万～600万的高分子量产品。聚环氧乙烷分子内存在大量的具有孤对电子的醚氧键，易于水形成氢键，这一方面可以增加聚环氧乙烷的溶解度，但在另一方面却导致聚环氧乙烷在水溶液中难以扩散，溶解速度变慢。随着聚环氧乙烷分子量的增加，这种趋势更加明显，越来越难以满足高速造纸机等设备对聚环氧乙烷溶解速度的要求。

目前，有关提高聚环氧乙烷溶解速度的文献报道较少。美国陶氏公司曾设计了一种适用于聚环氧乙烷溶解过程的专用搅拌装置，用以提高聚环氧乙烷在水中的分散情况，但聚环氧乙烷的溶解时间仍超过2小时。美国专利US4029622和US435861报道了一种采用矿物油等水溶性浸润剂或钾盐等化合物促进聚环氧乙烷溶解的方法，该方法先将聚环氧乙烷与上述促溶剂淤浆化然后再用于溶解过程，上述方法不仅需要大量溶剂以实现淤浆化，同时也导致因淤浆化聚环氧乙烷稳定性降低，因此淤浆化聚环氧乙烷不宜长期保存，需要由下游厂家完成淤浆化过程，变相地增加了聚环氧乙烷的溶解时间和应用难度。国内，周伟平等人在发明专利ZL001365537.1中曾提出了一种通过喷雾法将表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠等化合物，与聚环氧乙烷混合以提高聚环氧乙烷的溶解速度的方法，但促溶剂多为具有刺激性气味的粘稠状液体，不耐酸、碱和重金属盐，这在一定程度上影响了聚环氧乙烷的应用范围。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法，采用以下步骤：

(1)按比例将促溶剂与聚环氧乙烷加入到振荡器中混合；

(2)通过加料器将混合后的聚环氧乙烷加入到水中并进行高速搅拌；

(3)聚环氧乙烷加入完毕后，将搅拌速度调低；

(4)待目测溶液中无明显聚环氧乙烷颗粒时停止搅拌，使用旋转粘度计测试溶液的实时粘度；

(5)以5min内旋转粘度计读数波动小于5％时作为溶解终点，其中粘度最先达到稳定值时的时间为溶解时间。

所述的促溶剂为无机盐类促溶剂、碱类促溶剂、亲水性阴离子型聚合物表面活性剂或亲水性非离子型聚合物分散剂中的一种或几种。

优选地，所述的无机盐类促溶剂为CaCl₂、Ca(NO₃)₂、NaCl或NaNO₃，所述的碱类促溶剂为NaOH，所述的亲水性阴离子型聚合物表面活性剂为分子量1000万～1800万的聚丙烯酰胺，所述的亲水性非离子型聚合物分散剂为分子量6000～20000的聚乙二醇。

所述的促溶剂的粒径100～200目，加入量为聚环氧乙烷用量的1wt％～10wt％。

所述的聚环氧乙烷的粘均分子量为300万～600万，粒径为20～40目，溶解温度为20～50℃。

步骤(1)中振荡器的振荡频率为2～5Hz，合时间为30～120min。

步骤(2)中高速搅拌的速度为400～600rpm。

步骤(3)中聚环氧乙烷的质量浓度在0.1‰-1‰，搅拌速度为100～200rpm。

添加促溶剂后，高分子量聚环氧乙烷的溶解时间可缩短20％～50％；与未加促溶剂的溶液粘度相比，添加促溶剂的粘度变化范围在15％以内。

聚环氧乙烷的溶解可分为水分子向聚环氧乙烷内部扩散形成水溶性胶团 (溶胀)、胶团向水相扩散形成均匀溶液两个过程。聚环氧乙烷分子中存在大量的具有孤对电子的醚氧键，在溶解过程中醚氧键易于水分子形成氢键，这在一方面增加了聚环氧乙烷的溶解度，但在另一方面却降低了其往水相中的扩散速度。尤其是高分子量的聚环氧乙烷，其氢键作用强，扩散速度慢，因此溶解速度变慢。本发明采用固体粉末类物质提高聚环氧乙烷溶解速度的方法，固体促溶剂均匀地分散到聚环氧乙烷粉末中，在溶解过程中促溶剂可以起到降低水的表面张力、削弱聚环氧乙烷与水之间氢键的作用，促进水向聚环氧乙烷粒子内的渗透以及溶胀后胶团向水相的扩散，从而达到提高聚环氧乙烷溶解速度的效果，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)采用的促溶剂化学毒性低、无刺激性气味，对聚环氧乙烷产品的后期质量没有明显影响；

(2)采用的促溶剂为常见的造纸添加剂，用量少，对造纸产品的品质没有明显影响；

(3)采用混合方法为机械混合方式，工艺简单，也可在聚环氧乙烷出厂前的干燥、筛分过程中一步完成，不需要大规模调整现有聚环氧乙烷生产工艺。

(4)采用的方法可以直接为下游厂商提供高溶解速度的聚环氧乙烷，适用于下游厂商现有的溶解工艺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

对比例1

通过加料器将粘均分子量为600万的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为150min，溶液粘度为42.0cP。

对比例2

通过加料器将粘均分子量为600万的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为88 min，溶液粘度为12.6cP。

对比例3

通过加料器将粘均分子量为600万的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为400rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为97min，溶液粘度为17.3cP。

对比例4

通过加料器将粘均分子量为600万的聚环氧乙烷加入到40℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为56min，溶液粘度为7.3cP。

对比例5

通过加料器将粘均分子量为300万的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为74min，溶液粘度为8.3cP。

实施例1：

按NaNO₃与分子量为600万的聚环氧乙烷质量比5％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为4Hz，振荡时间为60min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为121min，粘度为39.4cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降20％，溶液粘度降低6.2％。

实施例2：

按无机盐(NaOH和NaNO₃，质量比1:1)与分子量为600万的聚环氧乙烷质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为4Hz，振荡时间为120min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为114min，粘度为 31.8cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降24％，溶液粘度降低24.3％。

实施例3：

按无机盐(NaCl和NaNO₃，质量比1:1)与分子量为600万的聚环氧乙烷质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为2Hz，振荡时间为120min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为76min，粘度为10.2cP。与对比例2相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降13.6％，溶液粘度降低19.0％。

实施例4：

按无机盐(CaCl₂和Ca(NO₃)₂，质量比1:1)与分子量为600万的聚环氧乙烷质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为2Hz，振荡时间为120min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为400rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为89min，粘度为14.2cP。与对比例3相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降8.2％，溶液粘度降低17.9％。

实施例5：

按无机盐(CaCl₂和Ca(NO₃)₂，质量比1:1)与分子量为300万的聚环氧乙烷质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为4Hz，振荡时间为60min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为69min，粘度为6.4cP。与对比例4相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降6.8％，溶液粘度降低22.9％。

实施例6：

按聚丙烯酰胺(粘均分子量1000万)与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比5％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。 将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为400rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为74min，粘度为18.1cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降23.7％，溶液粘度增加2.8％。

实施例7：

按聚丙烯酰胺(粘均分子量1200万)与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为104min，粘度为18.9cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降30.7％，溶液粘度增加7.4％。

实施例8：

按聚丙烯酰胺(粘均分子量1800万)与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比5％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为136min，粘度为18.8cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降9.3％，溶液粘度增加1.1％。

实施例9：

按聚乙二醇(粘均分子量6000)与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为95min，粘度为17.1cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降36.7％，溶液粘度降低2.8％。

实施例10：

按表面活性剂(粘均分子量20000聚乙二醇和粘均分子量1000万聚丙烯酰胺，质量比1:1)聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为90min，粘度为17.7cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降40.0％，溶液粘度增加0.6％。

实施例11：

按表面活性剂(粘均分子量10000的聚乙二醇和粘均分子量1000万的聚丙烯酰胺质量比为1:1)聚环氧乙烷(粘均分子量300万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为30min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至300rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为40min，粘度为5.7cP。与对比例5相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降34.4％，溶液粘度增加9.6％。

实施例12：

预先将聚乙二醇(粘均分子量10000)与NaOH按质量比为2:1混合，然后与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为60min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为76min，粘度为35.7cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降49.3％，溶液粘度下降15.0％。

实施例13：

预先将聚乙二醇(粘均分子量10000)、聚丙烯酰胺(粘均分子量1000万)、NaOH按质量比为2:2:1混合，然后与聚环氧乙烷(粘均分子量600万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为60min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至 100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为71min，粘度为38.4cP。与对比例1相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降52.7％，溶液粘度下降8.6％。

实施例14：

预先将聚乙二醇(粘均分子量10000)、聚丙烯酰胺(粘均分子量1000万)、NaOH按质量比为2:2:1混合，然后与聚环氧乙烷(粘均分子量300万)质量比10％将两者置于振荡器中混合，振荡频率为5Hz，振荡时间为60min。将其通过加料器将混料后的聚环氧乙烷加入到20℃水中，配置浓度为1‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。采用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为48min，粘度为7.4cP。与对比例4相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降35.1％，溶液粘度下降10.8％。

实施例15

促溶剂与聚环氧乙烷混合过程同实施例13，通过加料器将混合后的聚环氧乙烷加入到40℃水中，配置浓度为0.4‰的聚环氧乙烷溶液，投料过程中搅拌速度为600rpm。当投料结束后，将搅拌速度调节至100rpm。用上述方法测试聚环氧乙烷的溶解时间为47min，溶液粘度为6.9cP。与对比例4相比，聚环氧乙烷的溶解时间下降16.1％，溶液粘度下降5.5％。

实施例16

一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法，采用以下步骤：

(1)按比例将促溶剂Ca(NO₃)₂与聚环氧乙烷加入到振荡器中混合120min，其中，促溶剂的粒径200目，加入量为聚环氧乙烷用量的10wt％，聚环氧乙烷的粘均分子量为600万，粒径为40目，溶解温度为50℃，振荡器的振荡频率为2Hz；

(2)通过加料器将混合后的聚环氧乙烷加入到水中，控制搅拌速度为600rpm进行高速搅拌；

(3)聚环氧乙烷加入完毕后，将搅拌速度调低至200rpm，聚环氧乙烷的质量浓度在1‰；

(4)待目测溶液中无明显聚环氧乙烷颗粒时停止搅拌，使用旋转粘度计测试溶液的实时粘度；

(5)以5min内旋转粘度计读数波动小于5％时作为溶解终点，其中粘度 最先达到稳定值时的时间为溶解时间。

实施例17

一种提高高分子量聚环氧乙烷溶解速度的方法，采用以下步骤：

(1)按比例将促溶剂NaOH与聚环氧乙烷加入到振荡器中混合30min，其中，促溶剂的粒径100目，加入量为聚环氧乙烷用量的1wt％，聚环氧乙烷的粘均分子量为300万，粒径为20目，溶解温度为20℃，振荡器的振荡频率为5Hz；

(2)通过加料器将混合后的聚环氧乙烷加入到水中，控制搅拌速度为400rpm进行高速搅拌；

(3)聚环氧乙烷加入完毕后，将搅拌速度调低至100rpm，聚环氧乙烷的质量浓度在0.1‰；

(4)待目测溶液中无明显聚环氧乙烷颗粒时停止搅拌，使用旋转粘度计测试溶液的实时粘度；

(5)以5min内旋转粘度计读数波动小于5％时作为溶解终点，其中粘度最先达到稳定值时的时间为溶解时间。