CN101423580B - 聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法 - Google Patents
聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法，该方法主要是将质量分数为5～30％的丙烯酸、1～15％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5～6％的过硫酸盐、0.2～3％的亚硫酸钠、0.05～3％的L-抗坏血酸、0.5～9％的乙醇、0.5～3％的十二硫醇和50～85％的水混合，使其进行聚合反应，在35℃～60℃条件下，反应时间不小于一小时可得到聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。本发明的优点在于一次性合成低分子量的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，起始反应温度低，耗能少，反应速度快，设备利用效率高，工艺简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机聚合物的制备方法，尤其涉及一种利用碳-碳不饱和键和无机配料作为原料制备有机聚合物的方法。
背景技术
目前，国内已有相关文献报道了应用低分子量聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为组分之一复合生产阻垢剂、除垢剂或缓蚀剂的方法，但没有涉及到低分子量聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的低温引发、一次加料的制备方法。现有技术中已经使用的制备方法，大多是在较高的起始温度下进行聚合，且实施聚合的时候一般采用多次投料或逐渐加入单体、引发剂的方法，以控制聚合反应速度和均匀性，得到低分子量且分子量分布均匀的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，但现有的方法工艺复杂，耗能，设备效率低。
国内有专利文献CN1145881A公开了采用甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和醋酸乙烯进行三元共聚，对引发体系和聚合过程没有进行详尽的说明，仅对聚合所得的产品性能进行了详尽的描述。国内专利文献CN1654369A公开了以丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等做为单体制备水质阻垢剂的方法，然而此引发体系需在较高的温度下产生自由基引发聚合，反应速率相对较慢。国内专利文献CN1235818C公开了以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为共聚单体进行三元共聚，但该聚合反应的起始温度较高，耗能，且需一边反应一边添加引发剂和单体，工艺复杂，反应时间长，设备效率低。现有制备丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的二元或多元低分子量共聚物的方法主要包括以下几种：采用异丙醇作为分子量调节剂(例如美国专利US4301266，1981，BASF A.-G.Muenster，A.and Rohmann，M)，该方法在反应过程中需要高温(大于120℃)高压，反应条件苛刻，且在后期工序需要蒸馏出多余的异丙醇，该工艺耗能且程序繁琐；采用金属盐(如Cu2+)作为引发体系(例如美国专利US4314044，1982，Rohm and Haas Co，Hughes，K.A，Kine，B.B.and Swift，G.)，该工艺的反应条件同样需满足较高温度(大于90℃)，且需在连续加料的情况下完成，耗能、繁琐，而Cu2+又容易造成环境污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生产工艺简单、设备利用效率高、反应速度快、能耗少且成本低的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下质量分数准备原料：
丙烯酸 5～30％
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 1～15％
过硫酸盐 0.5～6％
亚硫酸纳 0.2～3％
L-抗坏血酸 0.05～3％
乙醇 0.5～9％
十二硫醇 0.5～3％及
水 50～85％
(2)将准备好的上述原料混合并使其充分进行聚合反应，聚合反应时间在1小时以上(优选1～2小时)，聚合反应后即可得到聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
上述制备方法中，所述的过硫酸盐可以是过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。
上述制备方法中，聚合反应的起始温度控制在35～60℃。
上述制备方法中，原料混合的方式为将所有准备的原料一次性投料混合或者依次按水、亚硫酸纳、L-抗坏血酸、十二硫醇的乙醇溶液、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸盐的顺序添加。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明的制备方法是以过硫酸盐(钾、钠和/或铵)、亚硫酸纳、L-抗坏血酸为三元氧化还原反应体系(不同于现有的引发体系)，以十二硫醇的乙醇溶液作为分子调节剂，以丙烯酸为主单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为共聚单体，以水作溶剂，在35～60℃的温度下即可启动聚合反应，聚合反应起始温度很低，耗能很少或基本不耗能；在聚合反应过程中，单体或还原引发体不需要采用滴加或分批加入的方式逐渐投料，可以一次性加入，操作简单方便；同时，由于无需采用滴加方式投料，因此不需安设滴加装置，外援配套设备少，经济节省；整个聚合反应速度快，最快在半小时内(一般两个小时内)即可结束完成反应，设备利用效率高。此外，由于本发明方法的制备原料中不采用次磷酸钠作分子调节剂，因此产品无恶臭且不含磷，能减轻对环境造成的污染。本发明方法制备得到的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸粘均分子量在1000～50000，转化率可达96％以上。本发明制备得到的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的分子结构中含有阻垢分散性能好的羧酸基、氨基和强极性的磺酸基，能提高钙容忍度，对水中的磷酸钙、碳酸钙有显著的阻垢作用，可用于工业水系统的阻垢，并且分散性能优良。
具体实施方式
实施例1：
往反应釜中加水65kg，开动搅拌器，然后依次加入亚硫酸纳2.5kg、L-抗坏血酸0.055kg、十二硫醇的乙醇溶液(其中十二硫醇0.55kg、乙醇1.1kg)、丙烯酸30kg、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1.2kg、过硫酸铵0.6kg；在起始温度达到35℃时开始进行聚合反应，反应1小时后制得聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，其粘均分子量略小于50000，转化率达到96％。
实施例2：
往反应釜中加水60kg，开动搅拌器，然后依次加入亚硫酸纳3.0kg、L-抗坏血酸2kg、丙烯酸30kg、十二硫醇的乙醇溶液(其中十二硫醇2.8kg、乙醇5kg)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5kg、过硫酸钾2kg；在起始温度达到45℃时开始进行聚合反应，反应两个小时后制得聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，其粘均分子量在1200左右，转化率达到96％。
实施例3：
往反应釜中加水50kg，开动搅拌器，然后依次加入亚硫酸纳0.2kg、L-抗坏血酸0.5kg、十二硫醇的乙醇溶液(其中十二硫醇1.2kg、乙醇3.5kg)、丙烯酸25kg、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10kg、过硫酸铵1.2kg；在起始温度达到50℃时开始进行聚合反应，反应两个小时后制得聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，其粘均分子量在10000左右，转化率达到96％。
实施例4：
往反应釜中加水55kg，开动搅拌器，然后将亚硫酸纳1.8kg、L-抗坏血酸0.75kg、十二硫醇的乙醇溶液(其中十二硫醇2.5kg、乙醇7kg)、丙烯酸30kg、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10kg和过硫酸钠2kg同时加入到反应釜中；在起始温度达到60℃时开始进行聚合反应，反应1.5小时后制得聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，其粘均分子量在3000左右，转化率达到96％。
上述各个实施例制备得到的聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对水中的磷酸钙、碳酸钙、锌垢等均有显著的阻垢作用，并且分散性能优良。与有机膦复配，增效作用明显，特别适合高pH值、高碱度、高硬度的水质，是实现高浓缩倍数运行的理想的阻垢分散剂之一。
Claims (5)
1.一种聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下质量分数准备原料：
丙烯酸 5～30％
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 1～15％
过硫酸盐 0.5～6％
亚硫酸钠 0.2～3％
L-抗坏血酸 0.05～3％
乙醇 0.5～9％
十二硫醇 0.5～3％及
水 50～85％；
(2)将准备好的上述原料混合并使其充分进行聚合反应，聚合反应时间在1小时以上，聚合反应后即可得到聚丙烯酸—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述聚合反应的起始温度控制在35～60℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述原料混合的方式为将所有准备的原料一次性投料混合或者依次按水、亚硫酸钠、L-抗坏血酸、十二硫醇的乙醇溶液、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸盐的顺序添加。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述聚合反应的时间为1～2小时。
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