阳离子聚丙烯酰胺的合成及制备方法

阳离子聚丙烯酰胺的合成制备方法

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)是线型高分子化合物，由于它具有多种活泼的基团， 可与许多物质亲和、吸附形成氢键。主要是絮凝带负电荷的胶体，具有除浊、脱色、吸附、粘合等功能， 适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是由非离子结构单元丙烯酰胺和一种或几种阳离子结构单元组成的共聚物。从目前的合成方法看，阳离子聚丙烯酰胺的制备方法一般可分为两大类：一是聚丙烯酰胺的阳离子改性法，该法是通过曼尼希反应在丙烯酰胺上引入胺类分子，常用的有二甲胺、二乙胺、三甲胺等，也有使用哌嗪、N-甲基对二氮己烷，包括非离子聚丙烯酰胺水溶液的阳离子化、对乳液聚丙烯酰胺进行阳离子化、天然高分子接枝阳离子聚丙烯酰胺。二是丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚法，此方法的研究是为了获得在聚合物性能上达到某一特定用途的阳离子聚丙烯酰胺产品，其技术的关键是正确选择阳离子共聚单体，确定最佳的共聚反应体系及聚合工艺条件。常用的阳离子单体结构中的阳离子基团一般为含氮基团，包括丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺（DAC or AOTAC）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺（DMC）、二甲基二烯丙基氯化胺（DMDAAC or DADMAC）、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵（AODBAC or DBC）、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵（MBDAC or MADAMBQ）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵（AMPTAC）等。丙烯酰胺共聚产品以电荷度可控、电荷分布均匀和制备工艺简单而备受瞩目，其特点是高分子长链上既有酰胺基团，又有大量带正电荷的阳离子基团，在酸性或碱性中均呈现正电性，对带负电荷悬浮颗粒的污水进行絮凝沉淀时，具有极强的澄清效果，因此，近几年来国内外对阳离子聚丙烯酰胺产品的合成研究表现出了较大的兴趣。共聚法生产阳离子聚丙烯酰胺产品的方法主要有水溶液聚合法、反相乳液聚合法、分散聚合法，此外还有双水相聚合、超临界CO2聚合、活性/可控自由基聚合、反相悬浮聚合法等。

阳离子制备方法

阳离子聚丙烯酰胺的合成

1、水溶液聚合法：

水溶液聚合是工业上最早采用并沿用至今的CPAM生产方法，用这种方法可以生产CPAM水溶液、胶体和干粉产品。若不考虑制备干粉的过程，水溶液聚合法的操作工艺及设备简单、成本较低、操作安全方便、对环境污染小、聚合转化率高、容易得到高分子量的聚合产品，但是在聚合条件下，聚合物会发生酰亚胺化交联反应，形成难溶或不溶于水的产物；若使用干粉产品，其干燥和粉碎过程既导致产品的机械降解，影响使用，而且消耗大量能量，甚至产生的粉尘也威胁生产人员的健康。所以为解决这些问题，研究者们对CPAM的水溶液聚合技术进行了不断深入地研究，诸如单体浓度、引发体系、体系pH值、添加剂种类及用量、溶剂和聚合温度等对聚合反应特性及产品性能的影响等，开发出了过渡金属化合物引发体系的水溶液聚合、双官能度引发体系的水溶液聚合、等离子体引发的水溶液聚合等。

2、反相乳液聚合法：

CPAM反相乳液是指水溶性的丙烯酰胺与阳离子单体借助W/O型乳化剂，在引发剂和搅拌的作用下进行乳液聚合，进而乳化分散在连续相介质（油）中，形成一种W/O型稳定的胶体分散体系。聚合反应原料一般包含丙烯酰胺和一种或几种阳离子单体、连续相介质（油）、乳化剂等。聚合反应地点通常可能在连续相介质（油）中、被单体溶胀的胶束中、单体液滴中或吸附的乳化剂层中。反相乳液聚合的优点在于表观粘度低，有效含量高（25～60wt%），溶解迅速，有利于搅拌传热、管道输送和连续生产，聚合速度快，同时产物特性粘数高，可在较低的温度下进行聚合等。但是它们最大的不足在于其对环境的污染：由于在制备过程中需要使用表面活性剂、烃类物质等大量对环境有害的物质，在转相提高溶解分散性和贮存过程中也需要添加另外的表面活性剂，在CPAM乳液应用的同时，这些表面活性剂和烃类物质也随之被大量排入环境而造成“二次污染”；且产品中留有乳化剂等杂质，不易完全除净，有损电性能等，限制了其应用。

3、分散聚合法：

近年来，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的自由基分散聚合技术作为一种新技术在聚丙烯酰胺合成领域越来越受到人们的关注。从反应历程上看，它事实上是一种在有分散稳定剂存在下的特殊形式的沉淀聚合。除了反应动力学外，乳液聚合与分散聚合的最大区别在于：在乳液聚合中，聚合物在自身单体溶液中是可溶的或可溶胀的；在分散聚合中，聚合物在自身单体溶液中是不溶的，而且一旦生成就沉淀下来，必须加入表面活性剂或分散稳定剂阻止聚合物颗粒沉淀，使其稳定于分散体系中，成为聚合物胶体体系，相比于其它聚合方法，分散聚合既具有水溶液聚合工艺简单、操作方便的优势，又具有反相乳液聚合反应速度快、产物相对分子质量大的特性。所得聚合物乳液流动性好，无块状、颗粒状不溶物，溶解速度快，使用时不需要庞大的溶解设备，可以在管道中直接注入，便于自动化操作和准确计量，节省物力和人力。使用时无有害的有机溶剂，杜绝了对环境的二次污染。