兩性離子聚丙烯酰胺是由陰離子單元，陽(yáng)離子單元和丙烯酰胺非離子單元等構(gòu)成的三元共聚物。當(dāng)各種單體的反應(yīng)活性相近時(shí)，便能得到具有無(wú)規(guī)分布的兩性聚合物。
目前兩性離子聚丙烯酰胺的制備方法主要分為兩種:一是選用陰離子單體，陽(yáng)離子單體和酰胺非離子單體通過聚合反應(yīng)合成三元共聚物，該方法的優(yōu)點(diǎn)是聚合物所具有的陽(yáng)離子度和陰離子度控制準(zhǔn)確，并且可以合成陽(yáng)離子度較高的產(chǎn)品，陰離子聚丙烯酰胺但需對(duì)單體反應(yīng)活性的選擇要求較高，生物法和化學(xué)法丙烯酰胺單體質(zhì)量和聚合性能對(duì)比否則難以制備出相對(duì)分子質(zhì)量較高的產(chǎn)品；另外一種是直接選用聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺產(chǎn)品進(jìn)行陽(yáng)離子化改性，如通過Mannish反應(yīng)在丙烯酰胺單元上引入陽(yáng)離子基團(tuán)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量高，但產(chǎn)品的陽(yáng)離子化程度難以提高，聚合物的陰，陽(yáng)離子度控制不準(zhǔn)確。為了獲得在聚合物性能上達(dá)到某一特殊用途的兩性離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品，通常選用前者。
一，陰離子聚丙烯酰胺兩性離子聚丙烯酰胺的自由基聚合
兩性離子聚丙烯酰胺聚合反應(yīng)規(guī)律
丙烯酰胺與季銨鹽陽(yáng)離子單體或者與陰離子單體的聚合反應(yīng)都屬于自由基共聚反應(yīng)，遵循自由基共聚合反應(yīng)的規(guī)律。兩性離子聚丙烯酰胺的制備正是應(yīng)用自由基共聚合原理，在一定的聚合工藝體系下完成的。
將兩種或兩種以上單體進(jìn)行聚合，生成的高分子鏈中包含兩種或兩種以上的單體單元，稱為共聚物。該反應(yīng)稱為共聚合反應(yīng)，如:M1+M2→ -M1M1M2M2M2M1M2M2M1M1M1M1-
為了完成這個(gè)自由基共聚合反應(yīng)，其全過程也是由鏈引發(fā)，鏈增長(zhǎng)和鏈終止等基元反應(yīng)組成，此外還伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。當(dāng)各種單體的反應(yīng)活性相近時(shí)，便能得到具有無(wú)規(guī)分布的兩性聚合物。
鏈引發(fā)反應(yīng)是形成自由基活性中心的反應(yīng)，陰離子聚丙烯酰胺用催化劑引發(fā)單體將有下列兩種組成:
(1)催化劑I分解，形成初級(jí)自由基。I→2R·
(2)初級(jí)自由基分別與構(gòu)成兩性離子聚丙烯瓷砂的單體加成形成單體自由基。
R·+M1→M1(陽(yáng)離子單體)
R·+M2→M2(陰離子單體〕
R·+M3→M3(非離子單體)
單體自由基形成后，生物法和化學(xué)法丙烯酰胺單體質(zhì)量和聚合性能對(duì)比繼續(xù)與其他單體加聚，共聚合反應(yīng)就進(jìn)入鏈增長(zhǎng)階段。在鏈引發(fā)反應(yīng)中，催化劑分解是吸熱反應(yīng)，活化能高，反應(yīng)速率小，是決定整個(gè)聚合反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。
在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基具有很高的反應(yīng)活性，如果沒有阻聚物質(zhì)與之作用，就能打開第二個(gè)烯類分子的π鍵，聚丙烯酰胺,pam,陰離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺,陽(yáng)離子聚丙烯酰胺--鞏義市泰和水處理材料有限公司重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，新的自由基活性不衰減，繼續(xù)和其他單體分子結(jié)合。合成含單體單元更多的鏈自由基，由此完成自由基的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。鏈增長(zhǎng)反應(yīng)有兩個(gè)特點(diǎn):一是放熱反應(yīng)，二是鍵增長(zhǎng)活化能低，增長(zhǎng)速率極高。單體自由基一旦形成立刻與其他單體分子加成，增長(zhǎng)成活性鏈，而后終止成大分子。因此，由二元單體共聚或三元單體共聚制備兩性離子聚丙烯酰胺，要求參加反應(yīng)的單體都應(yīng)該具有較高的反應(yīng)活性，單體自由基的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)能夠達(dá)到同步進(jìn)行，最終的目標(biāo)產(chǎn)物才能保證大分子上同時(shí)帶有陰離子官能團(tuán)，陽(yáng)離子官能團(tuán)和非離子官能團(tuán)的數(shù)量比例。如果在聚合反應(yīng)過程中丟失了任何一種官能團(tuán)，僅僅是二元單體共聚或一元單體均聚，最終的產(chǎn)品都不能稱為是兩性離子聚丙烯酰胺。
由于是自由基共聚合反應(yīng)，兩性離子聚丙烯酰胺的聚合反應(yīng)也不可避免地考慮到鏈終止反應(yīng)。鏈自由基失去活性形成穩(wěn)定聚合物分子的反應(yīng)為鏈終止反應(yīng)。自由基有相互作用的強(qiáng)烈傾向，兩基相遇時(shí)，因獨(dú)電子消失，而使鏈終止，終止反應(yīng)有雙基偶合終止和雙基歧化終止兩種方式。兩鏈自由基頭部的獨(dú)電子相互結(jié)合成共價(jià)鍵，形成飽和大分子的反應(yīng)稱作偶合
反應(yīng)。雙幕偶合終止的特征是分子鏈較長(zhǎng)且分子鏈的兩端都存在引發(fā)劑片段。
偶合終止:Mn·+Mm·-+Mn-Mm
一個(gè)鏈自由基奪取另一自由基上的氫原子，發(fā)生歧化反應(yīng)，相互終止，即為歧化終止。在歧化終止時(shí)，聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量較低，大分子鏈的一端有引發(fā)劑片段。在生成的兩個(gè)大分子中由于一個(gè)大分子具有雙鍵，因而可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試判斷終止的方式。
歧化終止:Mn·+Mm·→Mn(飽和)+Mm(不飽和)兩性離子聚丙烯酰胺屬于多元共聚合反應(yīng)的產(chǎn)物，單體數(shù)量多，反應(yīng)體系較為復(fù)雜，為了得到較高相對(duì)分子質(zhì)量的兩性離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)反應(yīng)體系時(shí)，必須注意克服鏈轉(zhuǎn)移等不利因素。自由基有轉(zhuǎn)移或奪取反應(yīng)的特征，在自由基聚合過程中，鏈自由基可能從單體，溶劑，引發(fā)劑或大分子鏈奪取一個(gè)原子(如氫，氯等)而終止，卻使這些失去原子的分子又成為自由基，繼續(xù)新鏈的增長(zhǎng)。第一個(gè)大分子雖然停止了增長(zhǎng)，卻使這些獨(dú)電子轉(zhuǎn)移給另一個(gè)分子，使聚合反應(yīng)繼續(xù)下去，因此稱之為鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)的主要形式有:向單體轉(zhuǎn)移，向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移，向溶劑或特殊溶劑轉(zhuǎn)移等。
向單體轉(zhuǎn)移：Mn·+M→M·+P
向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移：Mn·+R→R·+P
向溶劑轉(zhuǎn)移：Mn·+S→S·+P多元單體共聚合的可行性
在多元單體共聚時(shí)，由于各個(gè)單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其化學(xué)性質(zhì)也不相同。二元，三元等多元單體混合在一起進(jìn)行共聚合反應(yīng)，在特定的反應(yīng)體系中，它們各自的競(jìng)聚率是很不相同的，有時(shí)還會(huì)遇到容易均聚的單體難以與其他單體共聚，以及不易均聚的單體卻能夠與其他單體共聚的情況。因此，對(duì)多元單體共聚合進(jìn)行可行性分析，對(duì)各種單體共聚合時(shí)的竟聚率進(jìn)行研究，進(jìn)一步確定共聚合實(shí)施工藝，以確保幾種單體能夠進(jìn)行共聚合反應(yīng)并制備出兩性離子聚丙烯酰胺。
一般地，對(duì)于n元共聚的共聚物，其組成方程為:
式中，[m1]，[m2]……[mn]分別表示參加共聚合反應(yīng)單體M1，M2……Mn的濃度；rü=1，2，3……n，表示單體進(jìn)行共聚合反應(yīng)時(shí)的競(jìng)聚率。
競(jìng)聚率是研究共聚物組成的重要參數(shù)。每對(duì)單體共聚時(shí)都有一對(duì)競(jìng)聚率與其相對(duì)應(yīng)。三元單體共聚時(shí)有6個(gè)競(jìng)聚率，四元單體共聚時(shí)有12個(gè)競(jìng)聚率。對(duì)于由三元單體共聚制備的兩性離子聚丙烯酰胺，相當(dāng)于是m1-m2，m1-m3，m2-m3三對(duì)單體之間的競(jìng)聚率，即相當(dāng)于在特定條件下同步完成的兩兩二元共聚合反應(yīng)。通過對(duì)不同配料比下共聚物的組成，或殘留單體進(jìn)行測(cè)定分析，或根據(jù)共聚物中的特征基團(tuán)和元素進(jìn)行紅外光譜和元素分析，從兩種游離單體濃度[m1]，[m2]以及共聚物中二元單體之比，便可得到第三種單體的競(jìng)聚率：d[m1]/d[m2]=d[m1][m1](r12[m1]+[m2])/[m2](r21[m2]+[m1])
對(duì)于已知共軛效應(yīng)和極性強(qiáng)度的單體，可以根據(jù)Q-e方程計(jì)算出二元單體共聚合反應(yīng)時(shí)的競(jìng)聚率:
ry=Qi/Qj exp[ej-ei]
式中，i,j=1，2，3，4……
從單體竟聚率的研究可知，共軛效應(yīng)相差較大的一對(duì)單體是難以共聚的。優(yōu)選共扼效應(yīng)和極性強(qiáng)度相近的單體，其共聚形式可以接近理想共聚，對(duì)于極性強(qiáng)度有一定差別的單體還可以實(shí)現(xiàn)交替共聚。從大分子結(jié)構(gòu)看，單體交替共聚是兩性離子聚丙烯酰胺的最佳結(jié)構(gòu)組成方式。
二，陰離子單體和陽(yáng)離子單體的類型選擇
共聚法制備兩性離子聚丙烯酰胺的技術(shù)關(guān)鍵之一是相對(duì)非離子單體丙烯酰胺，選擇反應(yīng)活性較高的陰離子單體和陽(yáng)離子單體，這樣才能確保三元單體在同一反應(yīng)體系內(nèi)完成自由基共聚合反應(yīng)，得到單體單元具有無(wú)規(guī)則分布的兩性離子聚合物。
制備陰離子單體
①2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸鈉(Na-AMPS):
CH2=CH-C-(O)-NH-C-(CH3)-2-CH2SO3Na
②丙烯酸鈉(Na-AA):
CH2=CH-COONa
其中，丙烯酸鈉與丙烯酰胺的分子反應(yīng)活性十分接近，可以作為三元共聚的陰離子單體。制備陽(yáng)離子單體
①丙烯酸氧乙基三甲基氯化銨(代號(hào)MC，ADAME)：
CH2=CH-COO-CH2CH2-N+(CH3)3Cl-
②甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(代號(hào)DMC)：
CH2=C(CH3)-COO-CH2CH2-N+(CH3)3Cl-
③對(duì)-乙烯基芐基三甲基氯化銨(代號(hào)VBC)：
CH2=CH-COO-CH2CH2-N+(CH3)3Cl-
④甲基丙烯酰氧乙基三甲基銨硫酸甲酯：
CH2=C(CH3)-COO-CH2CH2-N+(CH3)3(CH3SO4)-
⑤甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨：
CH2=C(CH3)-CONH--CH2CH2CH2-N+(CH3)3Cl-
⑥甲基丙烯酰胺β羥丙基三甲基氯化銨：
CH2=C(CH3)-CONH-CH2CH(OH)CH2-N+(CH3)3Cl-
⑦甲基丙烯酸β羥基丙酯基三甲基氯化銨：
CH2=C(CH3)-COO-CH2CH(OH)CH2-N+(CH3)3Cl-
⑧丙烯酰胺基(2-甲基丁基)三甲基氯化銨：
CH2=CH-CONH-C(CH3)2CH2CH2-N+(CH3)3Cl-
⑨二烯丙基二甲基氯化銨(代號(hào)DMDAC)：
(CH2=CH-CH2)2N+(CH3)2Cl-
⑩烯丙基二甲基氯化銨(代號(hào)TM)：
CH2=CH-CH2-N+(CH3)3Cl-
陽(yáng)離子單體目前國(guó)內(nèi)品種很少，產(chǎn)量小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。從文獻(xiàn)介紹的悄況看，二烯丙基二甲氯化銨不適合作兩性離子聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子單體，主要是其分子反應(yīng)活性較低，多次提純處理后，聚合物的最大平均相對(duì)分子質(zhì)量也只有幾百萬(wàn)。因此，必須選擇具有較高反應(yīng)活性的陽(yáng)離子單體，才能保證合成出具有一定陽(yáng)離子度的高相對(duì)分子質(zhì)量的兩性離子聚丙烯酰胺。
三，陽(yáng)離子單體的選擇與制備路線
以丙烯酸，二甲基乙醇胺等為主要原料，先制備出丙烯酸二甲基胺基乙酯，再用氯甲烷進(jìn)行季銨化，最終得到陽(yáng)離子單體丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨，其反應(yīng)方程如下：
CH2CHCOOH+HOCH2CH2N(CH3)2→CH2CHCOOCH2CH2N(CH3)2--(+CH3Cl)-→CH2CHCOOCH2CH2N+(CH3)3Cl- 單體收率為94%。
該路線的缺點(diǎn)是:丙烯酸二甲基胺基乙酯的穩(wěn)定性不好，盡管加入阻聚劑氫醌，氫醌甲基醚，噻吩嗪等，但仍然出現(xiàn)自聚現(xiàn)象。以丙烯酸，氯化三甲基(2-羥乙基)銨等為主要原料，一步法合成陽(yáng)離子單體丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨，其反應(yīng)方程如下:CH2CHCOOH+HOCH2CH2N+(CH3)3Cl→CH2CHOOCH2CH2N+(CH3)3Cl- 小樣合成收率只有16%。
以(甲基)丙烯酸，環(huán)氧氯丙烷，三甲胺等為主要原料，先合成丙烯酸(β羥基)氯丙酯，季銨化反應(yīng)后便可得到陽(yáng)離子單體(甲基)丙烯酸(β羥基)丙酯基三甲基氯化銨，其反應(yīng)方程如下:
單體收率達(dá)到92%以上，產(chǎn)品純度較好，穩(wěn)定性高。
四，兩性離子聚丙烯酰胺的合成
選擇4種陽(yáng)離子單體進(jìn)行聚合在小試1000g的基礎(chǔ)上擴(kuò)大到中試25kg，中試兩性離子聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量均可達(dá)到(1000-1300)*10^4。
原料有丙烯酸(AA)；丙烯酰胺(AM)；甲基丙烯酸β羥基丙酯基三甲基氯化按(SD-MC)；丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨(ADAME)；二烯丙基，二甲基氯化銨(DMDAAC)；單體MC-80；NaOH(固體)；NaOH(液體)。
實(shí)驗(yàn)室小試
(1)陽(yáng)離子單體SDMC。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶液配制。
在容積為1500-2000ml的反應(yīng)釜內(nèi)，配制溶液總量為1000g，將AM和SDMC按90:10的配比加入，二者總量占總體積的25%，和H2O混合均勻，pH值調(diào)到中性，將溫度控制為20℃。此溶液即為反應(yīng)母液，將母液加入到反應(yīng)釜中，吹氮除氧并加入V65-10 800mg/L。
②聚合反應(yīng)。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L，在吹氮的狀態(tài)下使其混合均勻；
第二步，加入氧化劑過硫酸銨30-50mg/L，CuSO4，0.25mg/L；
第三步，加入還原劑甲醛30-50mg/L，EDTA 0.73mg/L，繼續(xù)吹氮直到溶液變黏，停止吹氮，封好反應(yīng)釜，反應(yīng)開始。
③膠體的處理及后水解。
當(dāng)溫度升高到最高點(diǎn)90℃左右后，再熟化3h，取出膠體造粒。取部分膠粒加入相應(yīng)量的NaOH，混合均勻，放在90℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行后水解反應(yīng)。
④后處理。
取出水解好的膠粒，再造粒→烘干→研磨→篩分成樣品，用此工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品，溶解性較好，相對(duì)分子質(zhì)量大于800*10^4，最高可達(dá)1500*10^4。
(2)陽(yáng)離子單體ADAME。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶掖配制。
溶液總量為1000g，按AM:AA:ADAME=60:20:20的配比加入到溶液中，再加入NaOH和H2O，混合均勻，將pH值調(diào)至中性，溫度調(diào)節(jié)到20℃，將其轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，吹氮除氧，加入V65-10 800mg/L。
②聚合反應(yīng)。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L，在吹氮的狀態(tài)下，將其混合均勻；
第二步，加入氧化劑過硫酸銨20-50mg/L, CUSO4 O.25mg/L；
第三步，加入還原劑甲醛20-50mg/L，EDTA 0.73mg/L，繼續(xù)吹氮，直到溶液變黏，停止吹氮，封好反應(yīng)釜，反應(yīng)開始。
③膠體處理。
當(dāng)溶液溫度升高到90℃左右，熟化3h，取出膠體，造?！娓伞心ァY分成樣品。
用此工藝生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室樣品溶解性較好，相對(duì)分子質(zhì)量在(700-1000)*10^4之間。
(3)陽(yáng)離子單體DMDAAC。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶液的配制。
溶液反應(yīng)總量為1000g，將AM，DMDAAC和AA按照65:25:10的比例加入。三者總量占反應(yīng)液總量的25%，加入相應(yīng)的NaOH和H2O，調(diào)節(jié)pH值為10左右，溶液溫度為20℃，將其轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加入V65-10 800mg/L。
②聚合反應(yīng)。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L；
第二步，加入氧化過硫酸銨20-50mg/L和CuSO4 0.25mg/L；
第三步，加入還原劑甲醛20-50mg/L和EDTA 0.73mg/L，繼續(xù)吹氮直到溶液變黏，停止吹氮，封好反應(yīng)釜，反應(yīng)開始。
③膠體處理。
當(dāng)溫度升高到最高點(diǎn)后再熟化3h，取出膠體，造粒→烘干→研磨→篩分成樣品。
用此工藝，成功合成出相對(duì)分子質(zhì)量為(800-1000)*10^4的兩性離子聚丙烯酰胺。
(4)復(fù)配型兩性離子聚丙烯酰胺。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，將第一種陽(yáng)離子單體(SDMC)和第二種陽(yáng)離子單體(ADAME)復(fù)配進(jìn)行共聚實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶液的配制。
按以下配比配制溶液:溶液總體積為1000g，按AM:SDMC:ADAMS:AA=65:5:5:25的配比加入到溶液中，再加入相應(yīng)量的NaOH和H2O混合均勻，pH值調(diào)成中性，溫度控制在20℃左右，將此溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，吹氮脫氧，加入V65-1000mg/L。
②聚合反應(yīng)。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L，吹氮混合均勻；
第二步，加入氧化劑過硫酸銨20-50mg/L和CuSO4 O.25mg/L，吹氮混合均勻；
第三步，加入還原劑甲醛20-50mg/L和EDTA 0.73mg/L，吹氮，混合均勻，反應(yīng)引發(fā)完成。
③膠體的處理。
待反應(yīng)溫度升高到90℃左右后，熟化3h，取出膠體，造粒→烘干→研磨篩分成樣。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，用此復(fù)配共聚工藝合成的兩性離子聚丙烯酰胺溶解性好，相對(duì)分子質(zhì)量在(800-1100)*10^4之間。
(5)單體MC-80。
單體MC-80，要求產(chǎn)品純度較高，用此單體進(jìn)行共聚實(shí)驗(yàn)，具休實(shí)驗(yàn)步驟及催化劑用量與ADAME相同，見表3-8。
通過對(duì)以上5種不同單體或方法的兩性離子聚合實(shí)驗(yàn)，相對(duì)分子質(zhì)量基本在(800-1500)*10^4之間，溶解性較好。實(shí)驗(yàn)室中試
在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)室小試的基礎(chǔ)上，將溶液總量由1000g放大到25kg，擴(kuò)大25倍。
(1)陽(yáng)離子單體ADAME。
原料:AM，AA，ADAME，NaOH；催化劑:V65-10，PA-5，硫酸銨，硫酸銅，甲醛，EDTA。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶液的配制。
在溶積為30-40L的反應(yīng)釜內(nèi)，加入總量為25kg的溶液，將AM，ADAME和AA按照65:5:30的比例加入，三者總量占反應(yīng)總量的25%，再加入相應(yīng)量的NaON和H2O，吹氮除氧并令其混合均勻。調(diào)節(jié)pH值至中性，溫度控制在20℃左右，加入V65-10 1000mg/L，繼續(xù)吹氮攪拌均勻。
②聚合反應(yīng)。
按以下步驟向已配制好的溶液中加入催化劑。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L；
第二步，加入氧化劑過硫酸銨40mg/L和CuSO 0.25mg/L；
第三步，加入還原劑甲醛40mg/L，EDTA 0.73mg/L，繼續(xù)吹氮直到溶液變黏，停止吹氮，封好反應(yīng)釜，反應(yīng)開始。
③膠體的處理。
膠體的處理基本與小試相同，經(jīng)造?！娓伞心ァY分→出樣。通過放大實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將體積擴(kuò)大25倍以后，反應(yīng)過程及產(chǎn)品質(zhì)量與小試結(jié)果基本相同，相對(duì)分子質(zhì)量最高可達(dá)1300*10^4。
(2)陽(yáng)離子單體DMDAAC。
原料:AM，AA，DMDAAC，NaOH；催化劑:V65-10，PA-5，硫酸銨，硫酸銅，甲醛，EDTA。
實(shí)臉方法:
①溶液的配制。
反應(yīng)液總量為25kg，將AM，DMDAAC和AA按照65:5:30的比例加入，再加入相應(yīng)量的NaOH和H2O混合均勻，將PH值調(diào)到10左右，溫度控制在20℃左右，吹氮除氧，并加入V65-10 800mg/L。
②聚合反應(yīng)。
與陽(yáng)離子單體ADAME的聚合反應(yīng)相同。
③膠體的處理。
與陽(yáng)離子單體DMDAAC的膠體處理相同。
從中試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，此單體在溶液PH值呈弱堿性的條件下反應(yīng)較好，溶解性好，相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)到1000*10^4。
(3)復(fù)配單體的共聚中試實(shí)驗(yàn)。
在小試的基礎(chǔ)上，采用SDMC和ADAME陽(yáng)離子單體進(jìn)行了復(fù)配共聚中試實(shí)驗(yàn)。
原料:AM，AA，SDMC，ADAME，NaOH；催化劑:V65-10，PA-5，硫酸銨，硫酸銅，甲醛，EDTA。
實(shí)驗(yàn)方法:
①溶液的配制。
反應(yīng)液的總體積為25kg，AM和SDMC，ADAME，AA按以下比例配制AM:SDMC:ADAME:AA=65:3.5:1.5:30，再加入相應(yīng)量的NaOH和H2O混合均勻，將PH值調(diào)到中性，溫度控制在20℃左右，吹氮除氧，加人V65-10 1000mg/L。
②聚合反應(yīng)。
按以下步驟向已配好的溶液加入催化劑。
第一步，加入鏈轉(zhuǎn)移劑PA-5 100mg/L。
第二步，加入氧化劑過硫酸銨40mg/L，CuSO4 0.25mg/L。
第三步，加入還原劑甲醛40mg/L，EDTA 0.73mg/L，繼續(xù)吹氮，直到溶液變黏，停止吹氮，封好反應(yīng)釜，反應(yīng)開始。
③膠體的處理。
經(jīng)造粒→烘干→研磨→篩分→出樣。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)配合成的兩性離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品質(zhì)量與小試基本相同，其反應(yīng)過程較平穩(wěn)，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)1000*10^4以上。
(4)MC-80陽(yáng)離子單體。
此單體也在小試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)果也達(dá)到了要求。
通過中試實(shí)驗(yàn)兩性離子聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量在(1000-1300)*10^4之間，反應(yīng)過程及產(chǎn)品都很穩(wěn)定。
兩性離子聚丙烯酰胺小試產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)見表3-8。兩性離子聚丙烯酰胺小試產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù) 表3-8 大慶石油學(xué)院?jiǎn)误w
SDMC后水解工藝ADAME
共聚工藝DMDACC
共聚工藝復(fù)配共
聚工藝MC-80
共聚工藝固含量(%)88.9190.3789.0789.2190.0688.3789.0888.3789.8689.0289.3389.0788.3689.2189.07陽(yáng)離子度(%)22.0022.0022.0010.0020.0020.0020.0020.0010.0010.0010.0020.005.005.005.00陰離子度(%)25.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0025.00相對(duì)分子質(zhì)量(*10^6)5.378.587.7315.005.805.119.779.155.339.368.968.249.6310.8410.01UL(mPa·s)2.863.413.525.313.623.514.854.673.264.924.514.504.305.114.95兩性離子聚丙烯酰胺中試產(chǎn)品分析結(jié)果對(duì)比見表3-9。
復(fù)合離子聚丙烯酰胺中試產(chǎn)品分析結(jié)果對(duì)比 表3-9 復(fù)合離子小試(1)復(fù)合離子小試(2)復(fù)配工藝單體MC-80DMDAAC固含量(%)89.7889.2189.6489.3889.22陽(yáng)離子度(%)5.005.005.005.005.00陰離子度(%)25.0025.0025.0025.0025.00相對(duì)分子質(zhì)量(*10^6)13.3810.8610.816.228.94UL(mPa·s)5.414.504.504.904.00
