分散聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液
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阳离子丙烯酸乳液的制备及其在相纸中的应用嘿,朋友们!今天咱们来聊聊这个超有趣的阳离子丙烯酸乳液。
这玩意儿的制备啊,就像是一场神奇的魔法秀。
首先呢,原料就像是魔法的元素。
就好比做菜,你得先准备好各种新鲜的食材。
制备阳离子丙烯酸乳液,我们得把丙烯酸单体当作是主力军,那可是像超级英雄一样重要的存在。
还得有引发剂,这引发剂就像是魔法棒,轻轻一挥,就能开启聚合反应这个魔法大门。
然后就是反应过程啦。
这个过程就像是一场盛大的舞会。
单体们在反应釜里欢快地跳动,引发剂就像舞会的主持人,指挥着单体们手拉手,一个接一个地连接起来,形成聚合物链。
这就好比小朋友们在玩接龙游戏,链越来越长,乳液也就慢慢形成了。
在这个过程中,温度的控制可重要啦。
温度就像是舞会的音乐节奏,太高了就像音乐太快,大家会乱成一团,反应失控;太低了呢,就像音乐太慢,单体们都没了活力,反应慢吞吞的。
制备好的阳离子丙烯酸乳液,那可是个宝贝。
它在相纸中的应用更是奇妙得很。
相纸就像是一个等待装扮的小姑娘。
阳离子丙烯酸乳液就像是漂亮的衣服和精致的化妆品。
把乳液涂到相纸上,就像是给小姑娘穿上了一件华丽的衣裳。
它能让相纸的表面变得更加平滑,就像给小姑娘的脸蛋抹上了细腻的粉底,滑溜溜的。
而且啊,它还能提高相纸的吸墨性。
这就好比小姑娘有了超强的吸力,墨水就像被吸引的小蝴蝶,乖乖地停留在相纸这个美丽的花园里。
它对相纸的色彩表现也有很大的帮助呢。
就像给相纸戴上了彩色的美瞳,让色彩更加鲜艳,就像把普通的花朵变成了绚烂的彩虹花。
相纸的耐久性也因为阳离子丙烯酸乳液得到提升。
这就像是给小姑娘穿上了一层坚固的铠甲,不管风吹雨打,相纸都能保持良好的状态,就像小姑娘永远青春美丽一样。
阳离子丙烯酸乳液在相纸中的应用,真的是让相纸这个小世界变得更加精彩,就像把一个普通的小镇变成了充满魔法的童话世界一样。
反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的研究与应用反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的研究与应用引言聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)是一种重要的高分子合成材料,广泛用于水处理、石油开采、纺织、生物医药等领域。
油包水型聚丙烯酰胺是一种将水溶性聚丙烯酰胺包裹在油相中形成乳液的新型形态,具有更高的稳定性和可溶性,因此在一些特殊应用中表现出了卓越的性能。
本文将介绍反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的研究进展及其在各个领域中的应用。
一、反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的原理传统聚合物乳液一般是将水溶性聚合物以乳化剂乳化后悬浮在水相中形成乳液。
而油包水型聚丙烯酰胺的制备是利用乙烯基阳离子聚合物乳液作为水相,将聚丙烯酰胺单体在水相中聚合生成水溶性聚丙烯酰胺,然后通过添加乳化剂和溶剂使其包裹在油相中,形成油包水型聚丙烯酰胺乳液。
二、反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的研究进展1. 反相乳液聚合的优点相比传统乳液聚合,反相乳液聚合的油包水型聚丙烯酰胺具有更高的稳定性和可溶性,具备了更广泛的应用场景。
此外,反相乳液聚合还可以通过调整乙烯基阳离子聚合物乳液的性质和添加不同的乳化剂来控制聚合反应过程和产物性质,实现聚丙烯酰胺的分子量、形态和功能化调控。
2. 反相乳液聚合制备油包水型聚丙烯酰胺的改性研究随着对油包水型聚丙烯酰胺性能需求的不断提高,研究人员开始将其进行改性以满足不同的应用需求。
例如,通过交联改性可以提高产物的稳定性和吸附能力;通过共聚改性可以调节产物的水溶性和油包液性能;通过功能化改性可以使产物具备药物缓释、生物相容性等特殊功能。
三、油包水型聚丙烯酰胺在各个领域中的应用1. 水处理领域油包水型聚丙烯酰胺在水处理领域中具有广泛的应用。
由于其具有更高的稳定性和可溶性,可以有效地在废水处理中起到沉淀、絮凝和脱色的效果,提高水处理效率和效果。
2. 石油开采领域在油田勘探和油井注水中,油包水型聚丙烯酰胺的应用也逐渐得到了重视。
阳离子丙烯酸系聚合物乳液的合成和应用
阳离子丙烯酸系聚合物乳液的合成和应用是指通过聚合反应将丙烯酸及其衍生物与阳离子单体进行共聚合得到的乳液,并将乳液应用于各种领域。
合成过程通常包括以下步骤:
1. 首先,将丙烯酸及其衍生物与阳离子单体按一定比例混合;
2. 加入引发剂和溶剂,通过控制反应条件进行聚合反应;
3. 调节反应温度和pH值,促进聚合反应的进行;
4. 过滤、洗涤、干燥等工艺处理,得到阳离子丙烯酸系聚合物乳液。
该乳液在各种领域都有广泛的应用,主要包括以下几个方面:1. 纺织品加工:阳离子丙烯酸系聚合物乳液可用于纺织品的涂覆、增稠和抗静电等加工过程,提高纺织品的性能;
2. 印刷和涂装:乳液可用作油墨、油漆和涂料的增稠剂和粘合剂,在印刷和涂装过程中起到增强粘附力和提高涂层性能的作用;
3. 化妆品及个人护理产品:乳液可用作化妆品和个人护理产品的稠化剂、增稠剂和粘合剂,提高产品的稳定性和质感;
4. 纸张加工:乳液可用于纸张的增稠、增白和防水等处理,提高纸张的品质和耐久性;
5. 污水处理:乳液可用于污水处理过程中的沉淀、絮凝和固液分离等工艺,提高处理效果和减少环境污染。
总之,阳离子丙烯酸系聚合物乳液通过合成得到,并在各个领域中应用广泛,起到提高产品性能和改善工艺过程的作用。
阳离子聚丙烯酰胺分散聚合机理及工艺李德品;胡惠仁【摘要】The progress of research on the synthesis of cationic polyacrylamide using dispersion polymerization method in terms of the development history,polymerization mechanism,technology,kinetics and application were summarized in brief.%概述了分散聚合法合成阳离子聚丙烯酰胺( CPAM)的聚合机理、工艺研究、反应动力学研究进展及其应用情况.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2012(031)009【总页数】7页(P63-69)【关键词】分散聚合;阳离子聚丙烯酰胺;研究;机理;动力学【作者】李德品;胡惠仁【作者单位】天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457;天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457【正文语种】中文【中图分类】TS727+.2聚丙烯酰胺 (Polyacrylamine,PAM)是丙烯酰胺(AM)均聚物及共聚物的统称,是造纸工业中广泛应用的高分子水溶性化合物。
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)主要用作造纸废水絮凝剂、纸张增强剂、助留和助滤剂、施胶剂和分散剂等[1]。
合成PAM常用的方法有水溶液聚合法、反相乳液聚合法和反相悬浮聚合法等,这些方法生产出的产品有很多缺点,如溶解速度慢,干燥费用高,产品黏度大,有些方法聚合工艺复杂,使用的有机溶剂会对环境造成污染,成本较高等。
英国ICI公司在20世纪70年代提出了分散聚合法[2],到20世纪90年代,人们开始将这种方法用于PAM的合成[3]。
与其他聚合方法相比,分散聚合法生产工艺简单,能合理地解决散热问题,可适用于多种单体,制备出不同粒径的单分散性聚合物微球,环保无毒;产品流动性及稳定性好,溶解速度快(分散聚合的优越性)。
阳离子聚丙烯酰胺生产工艺
阳离子聚丙烯酰胺生产工艺通常采用以下步骤:
1. 原料准备:将所需的丙烯酰胺、异丙醇、过氧化氢、N,N-亚硫酰二甲酰二胺等原料按照一定比例准备好。
2. 反应:将准备好的原料加入反应釜中,在一定温度下进行聚合反应,通常需加入一定量的氧化剂加速反应。
反应时间一般为数小时。
3. 终止反应:当聚合反应完成后,加入一定量的甲醛作为终止剂,停止反应。
4. 沉淀:将反应液中的阳离子聚丙烯酰胺通过脱水、沉淀等方式进行分离。
5. 干燥:将沉淀后的阳离子聚丙烯酰胺通过旋转蒸发、真空干燥等方式进行干燥处理,最终得到产品。
以上是阳离子聚丙烯酰胺生产工艺的基本流程,具体的细节操作会根据不同厂家、产品要求等有所差异。
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聚丙烯酰胺的工艺生产及流程聚丙烯酰胺生产工艺过程重要包含配料、聚合、造粒、烘干、冷却、粉碎及包装。
1、配料重要原材料从灌区打入配料釜,其他原材料配制成溶液进入配料釜。
全部操作自动进行,反应液经恒温除氧后进入聚合机。
2、聚合、造粒反应液在聚合机上聚合,聚合后成为橡胶状胶块。
胶块经切胶、造粒后形成小胶粒。
3、干燥研磨筛分小胶粒进入干燥机进行干燥。
干燥采取流化床干燥方式,热空气从物料底部吹入,价格胶块吹起成沸腾流动状态,物料流出流化床后实现干度要求。
干燥后的颗粒物料进入研磨机进行研磨,降低物料尺寸。
物料经过筛分机,选择合适尺寸的物料进行半产品包装。
阳离子型聚丙稀酰胺是由有丙烯酰胺单体和阳离子单体共聚得到或者由丙烯酰胺均聚物通过化学反应改性得到。
其生产方法约莫有以下几种:1、水溶液聚合:这个方法比较老化了,现在已经没有这种生产方法了。
2、反相乳液聚合:由于聚丙烯酰胺的特殊性质,同时微交联的聚丙烯酰胺在作为絮凝剂使用时,可以加添絮团间的吸附点以及更密集的缠绕结构,使得絮团抗剪切本领加强,在污泥的离心脱水或高压脱水时有异常优异的表现。
3、反向悬浮聚合:由于反向悬浮法自身工艺技术多而杂、对设备要求高、有机溶剂分别本钱高等缺陷,现在已经渐渐退出市场。
4、分散聚合:丙烯酰胺单体与聚丙烯酰胺的溶解性质不同。
利用这种不同可以在适当的条件下,使聚合物在聚合反应过程中从聚合体系内沉淀出来,但聚合物的密度与反应液密度相近,沉淀出来的聚合物无法沉降,稳定分散在体系内,形成分散液。
这种聚合方法称为分散聚合,分散聚合获得的水溶液中的分散液产品,俗称水包水乳液。
不管是采用哪种工艺生产的,由于生产厂家原材料子、配方及生产工艺流程等因素,造成市面上的产品质量稳定性不高,产品质量长短不一、想要一款质量稳定的产品,需要严格把控生产的每个环节,而首信环保公司作为一家全球聚丙烯酰胺质量稳定品牌商,始终以来都与高校团队、科研机构进行紧密合作,研发出100多种产品型号可以为客户精准选型,从原材料子的把控、配方的研发及出入仓时的双重监督检测均做到严格的监管,且没有生产厂家生产本钱上的顾虑,始终选择质量稳定合格的产品出仓,因此更能保证产品的稳定性,而且我们连续多年荣获全国功能高分子行业协会最佳质量稳定奖。
中 国造纸学报 Transactions of China Pulp and Paper
分散聚合法制备阳离子聚丙烯 酰胺水包水乳液
王玉峰 胡惠仁 (1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室,天津,300457; 2.广东省东莞市质量计量监督检测所国家纸制品质量监督检验中心,广东东莞,523120)
摘要:以硫酸铵水溶液为分散介质,采用分散聚合法制备了 离子聚丙烯酰胺水包水乳液;研究了硫酸铵用量、反应温度、搅拌 速度和反应时问xl『聚合反臆的影响,并对聚合产物的结构进行r袁征。 关键词:分散聚合;阳离子聚丙烯酰胺(CPAM);水包水乳液;硫酸铵 中图分类号:TS727 .2 文献标识码:A 文章编号:1000—6842(2008)02—0075-04
聚丙烯酰胺(PAM)是水溶性高分子化合物中 应用最为广泛的品种之一,近年来开发出了一种新产 品——PAM水包水乳液。所谓水包水乳液是将水溶 性聚合物在分散剂的作用下分散到水性介质中制得的 聚合物乳液,使用时用大量的水稀释,聚合物很快溶 于水 l J。这种PAM水包水乳液采用分散聚合法制得, 分散聚合可定义为:一种溶于有机溶剂(或水)的 单体,通过聚合生成不溶于该溶剂的聚合物,且形成 胶态稳定的分散体系的聚合方式。分散聚合既具有乳 液聚合反应速度快、分子质量高的特点,又具有溶液 聚合工艺简单、操作方便的优势。而且分散聚合体系 还具有表观黏度低、稳定性(放置稳定性、机械稳 定性及冻融稳定性)良好、传热方便和分散剂类型可 以任意选择等优点。所得聚合产物溶解速度快,不需 要提前溶解,可以即用即溶,使用方便。特别是分散 聚合法革除了反相乳液聚合工艺中的乳化剂和烃类溶 剂,合成工艺对环境友好,无污染,能耗低,产物无 毒无腐蚀性,不会产生二次污染,从而可广泛地应用 于对油含量要求很低的领域,如造纸工业 。 本文以丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基 氯化铵(DAC)为共聚单体,以硫酸铵水溶液为反 应介质,采用分散聚合法制备出了阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM)水包水乳液,并研究了硫酸铵用量、反应 温度、搅拌速度和反应时间等因素对聚合反应的影 响,并对聚合产物的结构进行了表征。 1 实验 1.1实验原料 丙烯酰胺(AM):工业品,白色结晶,含量>98%, 山东烟台三贡化工有限公司;丙烯酰氧乙基三甲基氯化 铵(DAC):CH2 ̄CH--COO(CH2)2一N(CH3)3CI,工 业品,无色透明液体,质量浓度80%,山东烟台三 贡化工有限公司;硫酸铵:分析纯,天津市北方天医 化学试剂厂。 1.2实验方法 1.2.1 CPAM水包水乳液的制备 将一定量的分散剂加入到硫酸铵水溶液中,待溶 解完全后加入丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 至充分溶解。将反应液装入带有温度计、恒速搅拌 器、通气口和加料口的四口瓶中,并将四口瓶置于恒 温水浴内,控制一定的温度并通入氮气(纯度> 99.99%),均匀鼓泡30 min后加入氧化还原型引发 剂,聚合反应发生后,补加部分共聚单体,在氮气保 护下搅拌4—6 h。反应结束后,得到白色乳液。 1.2.2分析与检测 共聚单体转化率的测定聚合反应进行到一定程 度时,取出一定量的反应液,加对苯二酚溶液终止反 应,并按GB 12005.3—89测定单体转化率。 聚合产物分子质量的测定 硫酸铵的存在会使 CPAM的分子质量偏小,因此在测定其分子质量之
收稿只期:2007—10-15(修改稿) 本研究得到国家自然科学基金(项日批准号:30771694)和天津市科技发展计划项目(编号:06TXTJJC14302)的资助。 作者简介:王乇峰,男,1982年生;工学硕士;主要从事纸制品质量检测和相关标准的研究工作。 E-mail:wyf19822000@yahoo.corn.cn
维普资讯 http://www.cqvip.com 76 分散聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液 第23卷 第2期 前,要先将CPAM乳液中含有的大量硫酸铵除去。 取一定量的聚合产物置于透析袋中,然后将透析袋放 入装有蒸馏水的烧杯中浸泡,每隔一段时间更换1次 蒸馏水,直到CPAM乳液中含有的硫酸铵全部析出。 然后按GB12005.1—89和GB12005.1O一92测定聚合 产物的相对分子质量。 聚合产物粒径分布采用GSL一101 BI激光颗粒分布 测定仪测定。 聚合产物红外光谱分析用含对苯二酚的聚合物 沉淀剂沉淀并浸泡共聚物,除去水分及未反应单体。 然后将样品重新溶解、沉淀,重复几次操作,真空干 燥备用。提纯后的样品用溴化钾压片法制样,在Bio— Rad Frs 135傅里叶红外光谱仪上分析。 聚合产物DSC分析采用法国差示扫描量热计 DSC141测定提纯后聚合产物的玻璃化转变温度( ), 升温速率为10 ̄C/min,扫描范围20~300℃。 2结果与讨论 2.1聚合反应的影响因素 采用分散聚合法制备CPAM水包水乳液时,影 响聚合反应的因素很多,前期的研究实验确定了共聚 单体的聚合浓度为12%(质量分数),阳离子单体 (DAC)与丙烯酰胺单体的物质的量之比为1:9。本 实验将重点研究硫酸铵用量、反应初始温度、搅拌速 度和反应时间等因素对聚合反应的影响。 2 I.1硫酸铵用量 对于CPAM而言,水是良溶剂,硫酸铵溶液是 沉淀剂。实验发现当体系中的硫酸铵含量低于20% 时,盐析效应不明显,所生成的PAM不能有效地从 体系中沉淀出来,反应类似于溶液聚合,得到半透明 的胶状产物,产物溶解性很差;当体系中硫酸铵的含 量高于35%时,分散剂在体系中的溶解性受到抑制, 使分散剂的稳定性能变差,同时由于盐析效应过于显 著,致使沉淀出来的PAM低聚物发生凝结导致分散 体系不稳定,最终形成浅白色蜡状固体。当硫酸铵含 量在20%~30%时,能够得到较稳定的聚合物乳液, 溶剂组成对聚合反应的影响见图1和图2。 由图1可见,实验范围内,产物的分子质量和表 观黏度随着硫酸铵用量的增大而逐渐下降。这是因为 在丙烯酰胺分散聚合过程中,聚合物链增长是靠连续 相中的单体不断向聚合物粒子内部扩散而实现的。当 硫酸铵含量低时,初期形成的聚合物粒子在分散介质 中高度溶胀,单体很容易通过溶剂通道由聚合物粒子 表层扩散进入内部进行反应形成高分子质量聚合产 物。当硫酸铵含量较高时,形成的粒子在分散介质中 呈“致密”状态,单体不容易扩散进入粒子内部, 这样分子链易终止形成低聚物,导致最终产物分子质 量呈下降趋势 。
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图1 硫酸铵用量对产物相对分子质量和 表观黏度的影响
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图2硫酸铵用量对单体转化率和产物平均粒径的影响 由图2可见,单体转化率和产物的平均粒径也随 着硫酸铵用量的增大呈下降趋势。随反应介质中硫酸 铵含量的增加,所得粒子粒径明显减小。当硫酸铵用 量由20%增加到30%时,产物的平均粒径由6 m左 右降至2 m左右。这主要是由于分散介质中硫酸铵 含量增加,PAM的溶解能力变差,沉淀析出的临界 链长变短,最终形成的聚合物粒子粒径也就变小。综 合考虑硫酸铵用量为24%~26%较为合适。 2.1.2反应初始温度 由图3可见,当聚合反应的初始温度由3O℃上 升到55℃时,聚合产物的相对分子质量明显降低, 由4.2×10 降至2.8×10 。分子质量随反应温度升高 而降低符合自由基聚合的一般规律,这是因为分散聚 合体系温度升高,引发与聚合速率加快,沉淀出来的 低聚物自由基运动能力增强,相互问碰撞终止的几率 增大,产生大量低聚物,导致最终产物分子质量下 降。同时反应温度较低时聚合物粒子粒径较小,随着 温度的升高由于连续相溶解能力的提高而导致临界链
维普资讯 http://www.cqvip.com 第23卷第2期 分散聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺水包水乳液 世 蠡
图3 反应初始温度对产物相对分子质量和 平均粒径的影响
长增加,使得粒径有所加大,但总体变化不大。 反应温度在30~35℃时较为合适。 2.1.3搅拌速度
使得引发剂自由基之间的碰撞几率增大,反应活性中 心减少,因而导致聚合反应速率降低,使产物分子质 呈 量和单体转化率都下降,而且搅拌速度太快时物料内 鋈 部剪切作用过大,会使粒子表面吸附的分散剂脱落, 体系稳定性变差,使粒子之问容易发生聚结,产生凝 胶。因此搅拌速度在300 r/min左右较为合适。 2.1.4反应时间 由于该反应属于自由基聚合反应,引发速率是控 制反应速率的关键,反应一经引发,单体分子转变为 聚合物大分子的时间较短,不能停留在中间聚合阶 段,聚合反应的速率较快。图6为反应时间对聚合产 因此 物分子质量和单体转化率的影响。
在分散聚合过程中,搅拌的一个重要作用是使体 系均一,并且有利于传质和传热。图4和图5为搅拌 速度对聚合产物的分子质量、平均粒径和单体转化率 的影响。从图4和图5可以看出,随着搅拌速度的增 大,产物分子质量和单体转化率先增大后减小,产物 粒径始终呈下降趋势。当搅拌速度很慢时,体系传热 不良,会在不同区域产生温差,往往会出现聚合不完 全或不聚合现象而导致聚合物的分子质量较低,单体 转化率不高。当搅拌速度过快时,体系传质非常容易,
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搅拌速度/r・min 图4搅拌速度对产物相对分子质量和平均粒径的影响
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搅拌速度/r・milr‘ 图5搅拌速度对单体转化率的影响
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图6反应时问对产物相对分子质量和 单体转化率的影响
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反应体系中,聚合前期由于形成的聚合物粒子尚 小,捕捉自由基的效率不高,粒子的增长主要靠吸收 液相中终止的聚合物链,仅有极少数的自由基被粒子 捕获并在其中进行增长反应,其反应以溶液聚合为 主,在此阶段形成的聚合物分子质量较低。从图6可 以看出反应的前1 h属于这种情况,单体转化率较 低,仅20%左右。此后随着单体转化率的增加,粒 子已具有足够大的表面积,几乎能将所有的自由基吸 收到粒子中来,此时反应中心由液相转移到粒子内 部,其反应规律和乳液聚合反应类似。从图6可以看 出,反应时间在1~4 h内产物分子质量迅速增加, 在4 h时达到最大值,其后分子质量基本保持不变直 至单体耗完。在产物分子质量达到最大值时单体转化 率并没有达到最大,单体还要继续扩散到核内进行反 应,反应时间在6 h左右时单体转化率达到99,6%, 此时单体残留小于0.5%,可达到GB/T 13940--1992 中一级品的要求,反应时间在9 h时,单体转化基本 完全。因此反应时间确定为6 h。 2.2聚合产物红外谱图分析 自制CPAM水包水乳液的红外光谱见图7。由图
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