公布日：2022.05.03
申请日：2021.12.17
分类号：C08G83/00(2006.01)I;C02F11/147(2019.01)I
摘要
本发明公开了一种超支化阳离子聚合物乳液及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：先取3-甲基-1,3,5-戊三醇与丙烯酸类单体在极性溶剂中反应，反应结束后洗去极性溶剂，取有机相加入去离子水得第一相；取丙烯酰胺加入去离子水中得第二相，取N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入去离子水中得第三相，取阳离子单体加入去离子水中得第四相；同时向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反应，2～3h滴加结束；再滴加第四相，1h内滴加结束，再反应1～2h，即得超支化阳离子聚合物乳液。本发明制备的聚合物乳液不含有机溶剂，绿色环保；乳液流动性好，稳定性强，可稳定储存半年以上；应用于污泥脱水，具有较好的脱水效果。
权利要求书
1.一种超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.取3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸类单体、极性溶剂、催化剂、阻聚剂加入反应釜，混合均匀，通入N2，升温至85-95℃反应，当系统的酸值达到5.6～16.8mgKOH/g时，反应结束；反应体系降温冷却至30～40℃，加水洗涤，静置分层；取上层有机相，加入去离子水、乳化剂，搅拌乳化，再加入引发剂、链转移剂，得第一相；S2.取丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，得第二相；取N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，得第三相；取阳离子单体加入去离子水中，搅拌均匀，得第四相；S3.同时向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反应，2～3h滴加结束；再滴加第四相，1h内滴加结束，再反应1～2h，得超支化阳离子聚合物乳液；步骤S1中，所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或甲乙酮；所述催化剂为对甲苯磺酸或甲基磺酸；所述阻聚剂为对苯二酚、吩噻嗪或对羟基苯甲醚；所述乳化剂为司班20与吐温80复配而成；所述引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰/N,N-二甲基苯胺；所述链转移剂为二硫代酯类链转移剂；所述乳化剂中，司班20质量份数为10％～30％，吐温80质量份数为70％～90％；步骤S2中，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中的至少一种；3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸类单体、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、阳离子单体的摩尔比为1:3～3.6:10～20:1～10:1～5。
2.根据权利要求1所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述极性溶剂的用量为3-甲基-1,3,5-戊三醇和丙烯酸类单体总质量的1～3倍，所述催化剂用量为反应体系总质量的2％～3％，所述阻聚剂用量为反应体系总质量的1％～2％。
3.根据权利要求1所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一相中有机相的质量份数为20％～30％，乳化剂的质量份数为0.5％～1.5％，引发剂的质量份数为0.2％～0.8％，链转移剂的质量份数为0.01％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第二相中丙烯酰胺的质量份数为10％～25％。
5.根据权利要求1所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第三相中N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量份数为5％～15％。
6.根据权利要求1所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第四相中阳离子单体的质量份数为30％～50％。
7.权利要求1-6任一项所述的超支化阳离子聚合物乳液的制备方法制备的超支化阳离子聚合物乳液。
8.根据权利要求7所述的超支化阳离子聚合物乳液，其特征在于，所述聚合物乳液的乳胶粒粒径为0.1～10μm，阳离子度为25％～35％，特性黏度为300～800ml/g，重均分子量≥106。
9.权利要求7-8任一项所述的超支化阳离子聚合物乳液在污泥脱水中的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备不含有机溶剂的超支化阳离子聚合物乳液的方法，以解决而反相乳液聚合需要用到大量有机溶剂的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种超支化阳离子聚合物乳液的制备方法，包括如下步骤：
S1.取3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸类单体、极性溶剂、催化剂、阻聚剂加入反应釜，混合均匀，通入N2，升温至85-95℃反应，当系统的酸值达到5.6～16.8mgKOH/g时，反应结束；反应体系降温冷却至30～40℃，加水洗涤，静置分层；取上层有机相，加入去离子水、乳化剂，搅拌乳化，再加入引发剂、链转移剂，得第一相；
S2.取丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，得第二相；取N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，得第三相；取阳离子单体加入去离子水中，搅拌均匀，得第四相；
S3.同时向第一相中滴加第二相和第三相，60～70℃反应，2～3h滴加结束；再滴加第四相，1h内滴加结束，再反应1～2h，得超支化阳离子聚合物乳液；
步骤S1中，所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或甲乙酮；所述催化剂为对甲苯磺酸或甲基磺酸；所述阻聚剂为对苯二酚、吩噻嗪或对羟基苯甲醚；所述乳化剂为司班20与吐温80复配而成；所述引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰/N,N-二甲基苯胺；所述链转移剂为二硫代酯类链转移剂；
步骤S2中，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中的至少一种；
3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙烯酸类单体、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、阳离子单体的摩尔比为1:3～3.6:10～20:1～10:1～5。
优选的，步骤S1中，所述极性溶剂的用量为3-甲基-1,3,5-戊三醇和丙烯酸类单体总质量的1～3倍，所述催化剂用量为反应体系总质量的2％～3％，所述阻聚剂用量为反应体系总质量的1％～2％。所述极性溶剂能够与水混溶，将3-甲基-1,3,5-戊三醇与丙烯酸类单体在催化剂作用下发生酯化反应生成的水带走；酯化反应结束后，用大量水洗涤，可除去有机相中的极性溶剂。
优选的，步骤S1中，所述第一相中有机相的质量份数为20％～30％，乳化剂的质量份数为0.5％～1.5％，引发剂的质量份数为0.2％～0.8％，链转移剂的质量份数为0.01％～0.5％。
优选的，步骤S1中，所述乳化剂中，司班20质量份数为10％～30％，吐温80质量份数为70％～90％。所述乳化剂的HLB值为13.08～14.36。
优选的，步骤S2中，所述第二相中丙烯酰胺的质量份数为10％～25％。
优选的，步骤S2中，所述第三相中N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量份数为5％～15％。
优选的，步骤S2中，所述第四相中阳离子单体的质量份数为30％～50％。
本发明方法制备的超支化阳离子聚合物乳液，所述聚合物乳胶粒粒径为0.1～10μm，阳离子度为25％～35％，特性黏度为300～800ml/g，重均分子量≥106。
本发明还提供上述超支化阳离子聚合物乳液在污泥脱水中的应用，将所述超支化阳离子聚合物乳液加入待处理污泥中，搅拌均匀即可；所述超支化阳离子聚合物乳液在污泥中的加入量为25～100g/Kg。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明方法通过乳化剂的合理复配，在聚合反应过程中，使得“水包油”乳胶束转化为“水包水”乳液；采用半连续的操作工艺，通过RAFT聚合，先生成以3-甲基-1,3,5-戊三醇丙烯酸酯为核心，丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为支臂的超支化聚丙烯酰胺聚合物，再加入阳离子单体扩链，制备出超支化阳离子聚丙烯酰胺聚合物乳液。本发明的制备方法工艺简单、操作方便，反应条件温和，有利于大规模工业化生产。本发明制备的聚合物乳液不含有机溶剂，绿色环保；乳液流动性好，稳定性强，可稳定储存半年以上；应用于污泥脱水，具有较好的脱水效果。
（发明人：吴卷）
