公布日：2022.05.03
申請(qǐng)日：2021.12.17
分類(lèi)號(hào)：C08G83/00(2006.01)I;C02F11/147(2019.01)I
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超支化陽(yáng)離子聚合物乳液及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括如下步驟：先取3-甲基-1,3,5-戊三醇與丙烯酸類(lèi)單體在極性溶劑中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后洗去極性溶劑，取有機(jī)相加入去離子水得第一相；取丙烯酰胺加入去離子水中得第二相，取N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加入去離子水中得第三相，取陽(yáng)離子單體加入去離子水中得第四相；同時(shí)向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反應(yīng)，2～3h滴加結(jié)束；再滴加第四相，1h內(nèi)滴加結(jié)束，再反應(yīng)1～2h，即得超支化陽(yáng)離子聚合物乳液。本發(fā)明制備的聚合物乳液不含有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保；乳液流動(dòng)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，可穩(wěn)定儲(chǔ)存半年以上；應(yīng)用于污泥脫水，具有較好的脫水效果。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1.取3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸類(lèi)單體、極性溶劑、催化劑、阻聚劑加入反應(yīng)釜，混合均勻，通入N2，升溫至85-95℃反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)的酸值達(dá)到5.6～16.8mgKOH/g時(shí)，反應(yīng)結(jié)束；反應(yīng)體系降溫冷卻至30～40℃，加水洗滌，靜置分層；取上層有機(jī)相，加入去離子水、乳化劑，攪拌乳化，再加入引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑，得第一相；S2.取丙烯酰胺加入去離子水中，攪拌均勻，得第二相；取N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加入去離子水中，攪拌均勻，得第三相；取陽(yáng)離子單體加入去離子水中，攪拌均勻，得第四相；S3.同時(shí)向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反應(yīng)，2～3h滴加結(jié)束；再滴加第四相，1h內(nèi)滴加結(jié)束，再反應(yīng)1～2h，得超支化陽(yáng)離子聚合物乳液；步驟S1中，所述丙烯酸類(lèi)單體為丙烯酸或甲基丙烯酸；所述極性溶劑為N,N-二甲基甲酰胺或甲乙酮；所述催化劑為對(duì)甲苯磺酸或甲基磺酸；所述阻聚劑為對(duì)苯二酚、吩噻嗪或?qū)αu基苯甲醚；所述乳化劑為司班20與吐溫80復(fù)配而成；所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁腈或過(guò)氧化二苯甲酰/N,N-二甲基苯胺；所述鏈轉(zhuǎn)移劑為二硫代酯類(lèi)鏈轉(zhuǎn)移劑；所述乳化劑中，司班20質(zhì)量份數(shù)為10％～30％，吐溫80質(zhì)量份數(shù)為70％～90％；步驟S2中，所述陽(yáng)離子單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中的至少一種；3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸類(lèi)單體、丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、陽(yáng)離子單體的摩爾比為1:3～3.6:10～20:1～10:1～5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述極性溶劑的用量為3-甲基-1,3,5-戊三醇和丙烯酸類(lèi)單體總質(zhì)量的1～3倍，所述催化劑用量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的2％～3％，所述阻聚劑用量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的1％～2％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述第一相中有機(jī)相的質(zhì)量份數(shù)為20％～30％，乳化劑的質(zhì)量份數(shù)為0.5％～1.5％，引發(fā)劑的質(zhì)量份數(shù)為0.2％～0.8％，鏈轉(zhuǎn)移劑的質(zhì)量份數(shù)為0.01％～0.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述第二相中丙烯酰胺的質(zhì)量份數(shù)為10％～25％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述第三相中N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量份數(shù)為5％～15％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述第四相中陽(yáng)離子單體的質(zhì)量份數(shù)為30％～50％。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法制備的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液，其特征在于，所述聚合物乳液的乳膠粒粒徑為0.1～10μm，陽(yáng)離子度為25％～35％，特性黏度為300～800ml/g，重均分子量≥106。
9.權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液在污泥脫水中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種制備不含有機(jī)溶劑的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的方法，以解決而反相乳液聚合需要用到大量有機(jī)溶劑的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
一種超支化陽(yáng)離子聚合物乳液的制備方法，包括如下步驟：
S1.取3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸類(lèi)單體、極性溶劑、催化劑、阻聚劑加入反應(yīng)釜，混合均勻，通入N2，升溫至85-95℃反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)的酸值達(dá)到5.6～16.8mgKOH/g時(shí)，反應(yīng)結(jié)束；反應(yīng)體系降溫冷卻至30～40℃，加水洗滌，靜置分層；取上層有機(jī)相，加入去離子水、乳化劑，攪拌乳化，再加入引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑，得第一相；
S2.取丙烯酰胺加入去離子水中，攪拌均勻，得第二相；取N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加入去離子水中，攪拌均勻，得第三相；取陽(yáng)離子單體加入去離子水中，攪拌均勻，得第四相；
S3.同時(shí)向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反應(yīng)，2～3h滴加結(jié)束；再滴加第四相，1h內(nèi)滴加結(jié)束，再反應(yīng)1～2h，得超支化陽(yáng)離子聚合物乳液；
步驟S1中，所述丙烯酸類(lèi)單體為丙烯酸或甲基丙烯酸；所述極性溶劑為N,N-二甲基甲酰胺或甲乙酮；所述催化劑為對(duì)甲苯磺酸或甲基磺酸；所述阻聚劑為對(duì)苯二酚、吩噻嗪或?qū)αu基苯甲醚；所述乳化劑為司班20與吐溫80復(fù)配而成；所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁腈或過(guò)氧化二苯甲酰/N,N-二甲基苯胺；所述鏈轉(zhuǎn)移劑為二硫代酯類(lèi)鏈轉(zhuǎn)移劑；
步驟S2中，所述陽(yáng)離子單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中的至少一種；
3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸類(lèi)單體、丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、陽(yáng)離子單體的摩爾比為1:3～3.6:10～20:1～10:1～5。
優(yōu)選的，步驟S1中，所述極性溶劑的用量為3-甲基-1,3,5-戊三醇和丙烯酸類(lèi)單體總質(zhì)量的1～3倍，所述催化劑用量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的2％～3％，所述阻聚劑用量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的1％～2％。所述極性溶劑能夠與水混溶，將3-甲基-1,3,5-戊三醇與丙烯酸類(lèi)單體在催化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)生成的水帶走；酯化反應(yīng)結(jié)束后，用大量水洗滌，可除去有機(jī)相中的極性溶劑。
優(yōu)選的，步驟S1中，所述第一相中有機(jī)相的質(zhì)量份數(shù)為20％～30％，乳化劑的質(zhì)量份數(shù)為0.5％～1.5％，引發(fā)劑的質(zhì)量份數(shù)為0.2％～0.8％，鏈轉(zhuǎn)移劑的質(zhì)量份數(shù)為0.01％～0.5％。
優(yōu)選的，步驟S1中，所述乳化劑中，司班20質(zhì)量份數(shù)為10％～30％，吐溫80質(zhì)量份數(shù)為70％～90％。所述乳化劑的HLB值為13.08～14.36。
優(yōu)選的，步驟S2中，所述第二相中丙烯酰胺的質(zhì)量份數(shù)為10％～25％。
優(yōu)選的，步驟S2中，所述第三相中N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量份數(shù)為5％～15％。
優(yōu)選的，步驟S2中，所述第四相中陽(yáng)離子單體的質(zhì)量份數(shù)為30％～50％。
本發(fā)明方法制備的超支化陽(yáng)離子聚合物乳液，所述聚合物乳膠粒粒徑為0.1～10μm，陽(yáng)離子度為25％～35％，特性黏度為300～800ml/g，重均分子量≥106。
本發(fā)明還提供上述超支化陽(yáng)離子聚合物乳液在污泥脫水中的應(yīng)用，將所述超支化陽(yáng)離子聚合物乳液加入待處理污泥中，攪拌均勻即可；所述超支化陽(yáng)離子聚合物乳液在污泥中的加入量為25～100g/Kg。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明方法通過(guò)乳化劑的合理復(fù)配，在聚合反應(yīng)過(guò)程中，使得“水包油”乳膠束轉(zhuǎn)化為“水包水”乳液；采用半連續(xù)的操作工藝，通過(guò)RAFT聚合，先生成以3-甲基-1,3,5-戊三醇丙烯酸酯為核心，丙烯酰胺和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺為支臂的超支化聚丙烯酰胺聚合物，再加入陽(yáng)離子單體擴(kuò)鏈，制備出超支化陽(yáng)離子聚丙烯酰胺聚合物乳液。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、操作方便，反應(yīng)條件溫和，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明制備的聚合物乳液不含有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保；乳液流動(dòng)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，可穩(wěn)定儲(chǔ)存半年以上；應(yīng)用于污泥脫水，具有較好的脫水效果。
（發(fā)明人：吳卷）
