陽離子聚丙烯酰胺的合成工藝-單體共聚法

1 水溶液聚合法

在目前已知的各種聚合工藝中，水溶液聚合工藝的應(yīng)用較為廣泛，是生產(chǎn)陽離子聚丙烯酰胺的主要方法。陽離子單體、丙烯酰胺單體、水均為極性溶劑，依據(jù)相似相容性原理，單體易溶于反應(yīng)體系，同時，水混合溶液的粘度要小于有機混合溶液的粘度，所以水溶液聚合的反應(yīng)速率比較容易控制，反應(yīng)熱問題容易解決。水溶液聚合法有著安全性高、工藝設(shè)備簡單、成本較低等優(yōu)點，因此國內(nèi)外的工業(yè)生產(chǎn)過程中大都采用此法制備陽離子聚丙烯酰胺。

水溶液聚合可以概括為以下兩種方法。

(1) 熱聚合 水溶液熱聚合的工藝在陽離子聚丙烯酰胺的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，工業(yè)上常用的熱聚合引發(fā)劑有過氧化物、偶氮化合物等過氧類引發(fā)劑。

(2)光聚合 光聚合法制備陽離子聚丙烯酰胺主要應(yīng)用在實驗室以及相關(guān)檢測方面。光聚合反應(yīng)過程的反應(yīng)活化能低，可以在很大的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，比較容易進行低溫聚合;光聚合反應(yīng)的速率主要取決于光引發(fā)劑的種類、濃度及光照強度，聚合過程中的速率易控制;由于反應(yīng)過程中加入的引發(fā)劑量較小，光聚合反應(yīng)可制備高純度的聚合物。此外，光聚合法的生產(chǎn)工藝簡單、易于操作、反應(yīng)過程及產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，有可能獲得高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，是目前國內(nèi)外比較經(jīng)濟的聚合方法，也是發(fā)展前景非常好的一種合成方法。

趙仕林等采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、適量引發(fā)劑為原料在弱堿條件下制備了陽離子聚丙烯酰胺，討論了引發(fā)劑用量、單體配比、單體總濃度、時間、溫度等因素對共聚產(chǎn)物特性粘度的影響。

雖然水溶液聚合的工藝簡單，應(yīng)用較為廣泛，但是水溶液聚合制備的產(chǎn)品分子量偏低，成品的制粉過程中又容易發(fā)生大分子鏈間的交聯(lián)和降解，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的溶解性能和絮凝性能變差。對于水溶液聚合中存在的一些問題及其合成工藝條件有待于進一步研究和完善。

2 乳液聚合

乳液聚合有著價廉安全、聚合速率快、產(chǎn)物分子量高、易制備環(huán)境友好型產(chǎn)品等優(yōu)點，但同時存在著產(chǎn)物的雜質(zhì)較多、產(chǎn)品性能不好等缺點。乳液聚合主要分為以下三種聚合方法：常規(guī)乳液聚合、反向乳液聚合、反向微乳液聚合。

① 常規(guī)乳液聚合 聚合單體在水中由乳化劑分散成乳狀狀態(tài)的聚合反應(yīng)稱做正相乳液聚合。徐東平以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和聚醚分散劑等為反應(yīng)原料，制備了一系列的陽離子共聚物乳液，并對其助留助濾性能進行了測試和探討。

② 反相乳液聚合 反相乳液聚合具備散熱快、聚合速率大、固含量高等特點，同時聚合產(chǎn)品的溶解速率快，自動化進程容易。Aoyama和Obata等人制備了含磺酸基團的兩性PAM系列絮凝劑。李琪等進行了陽離子聚丙烯酰胺反相乳液共聚的研究，討論了不同配方及工藝條件對聚合產(chǎn)物相對分子質(zhì)量的影響。

反相乳液聚合的優(yōu)點非常的突出，但其產(chǎn)物的相對分子量較低，同時存在乳膠液的不穩(wěn)定性、乳膠的粒徑分布寬且易凝聚等缺點，通過反相乳液法制備陽離子聚丙烯酰胺的方法有待于進一步的提高和完善。

③ 反相微乳液聚合 通過W/O乳化劑將水溶性的單體在非水介質(zhì)中乳化從而聚合得到微膠乳的聚合過程叫做反相微乳液聚合。法國科學(xué)家Candau在20世紀80年代首先提出此工藝。郎愛華等利用反相微乳液聚合制備了丙烯酰胺/2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(MADQUAT)二元共聚物，通過計算機程序?qū)�共聚物的競聚率進行了計算，進而研究了共聚物的瞬間組成、平均組成、序列分布及平均序列長度，結(jié)果表明其反相微乳液共聚過程趨于無規(guī)共聚，共聚物低轉(zhuǎn)化率時瞬間組成與平均組成可以很好的吻合。

此外，陽離子聚丙烯酰胺的制備方法還包括沉淀聚合、分散聚合等方法。