專利名稱：陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理劑的生產(chǎn)方法，特別是一種陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法。
目前，隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對(duì)水處理劑的需求日益迫切，而聚丙烯酰胺是目前應(yīng)用最廣泛的合成高分子絮凝劑。但生產(chǎn)聚丙烯酰胺的原料成本較高，因此人們積極尋求各種途徑降低成本、提高性能。特別是陽離子型聚丙烯酰胺，主要產(chǎn)品是用丙烯酰胺與陽離子單體共聚而成。陽離子單體原料價(jià)格昂貴，我國生產(chǎn)廠家的陽離子單體靠進(jìn)口。因此，開拓一種制造成本低、性能好、應(yīng)用廣泛的陽離子絮凝劑具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)接枝型聚丙烯酰胺的開發(fā)研究十分關(guān)注，我國研究人員八十年代首次成功地用廉價(jià)的高錳酸鉀代替國內(nèi)外研究中普遍使用的四價(jià)鈰鹽作引發(fā)劑，把淀粉與丙烯酰胺接枝共聚，獲得接枝率高、分子量高的接枝聚丙烯酰胺，使丙烯酰胺的接枝技術(shù)向工業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)用性邁開了可喜的一步。由于淀粉類多糖化合物與丙烯酰胺的接枝共聚物具有羥基和酰胺基團(tuán)，呈支化結(jié)構(gòu)，在一定條件下，其絮凝效果優(yōu)于聚丙烯酰胺，而且還可以進(jìn)一步改性制備多種衍生物，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。在國外，未見有接枝型聚丙烯酰胺進(jìn)行陽離子改性的報(bào)導(dǎo)。國內(nèi)雖然有人進(jìn)行過接枝型聚丙烯酰胺的陽離子改性的研究，但都是采取傳統(tǒng)的Mannich反應(yīng)，即直接加入甲醛與二甲胺進(jìn)行反應(yīng)，該產(chǎn)品往往易交聯(lián)，存放不穩(wěn)定。此外，陽離子型產(chǎn)品使用時(shí)有一定局限性，有時(shí)必須與陰離子型高分子絮凝劑復(fù)合使用，增加操作上的麻煩。另外，產(chǎn)品呈粘彈性，隨著濃度的提高，攪拌時(shí)機(jī)械負(fù)荷大，反應(yīng)難以控制，使用時(shí)稀釋也比較困難。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低、原料易得、存放穩(wěn)定、效果好、應(yīng)用面寬的陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑。
本發(fā)明是以如下的方式來實(shí)現(xiàn)的用淀粉或微晶纖維素為骨架，以高錳酸鉀為引發(fā)劑，與丙烯酰胺接枝共聚制備淀粉—丙烯酰胺接枝共聚物或微晶纖維素—丙烯酰胺接枝共聚物，然后把接枝共聚物與氫氧化鈉反應(yīng)一段時(shí)間，引進(jìn)一定量的丙烯酸基團(tuán)，成為陰離子型接枝聚丙烯酰胺，再加入預(yù)先用甲醛與二甲胺或甲醛與二乙胺或甲醛與二甲胺、二乙胺混和反應(yīng)所生成的烷基氨基甲醇，制成最終產(chǎn)品—陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑，即淀粉
丙烯酰胺—丙烯酸鈉—二烷基氨甲基丙烯酰胺)n或微晶纖維素
丙烯酰胺—丙烯酸鈉—二烷基氨甲基丙烯酰胺)n。具體化學(xué)反應(yīng)式如下1、接枝共聚反應(yīng)
2、水解反應(yīng)部分酰胺基團(tuán)轉(zhuǎn)化為丙烯酸基團(tuán)，成為陰離子型聚丙烯酰胺
3、烷基氨基甲醇反應(yīng)(R表示-CH3或-C2H5)4、接枝共聚物繼續(xù)與烷基氨基甲醇反應(yīng)
(R表示-CH3或-C2H5)
產(chǎn)品為淀粉
丙烯酰胺—丙烯酸鈉—二烷基氨甲基丙烯酰胺)n或微晶纖維索
丙烯酰胺-丙烯酸鈉-二烷基氨甲基丙烯酰以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)的描述

圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
如圖1所示，用淀粉或微晶纖維素作骨架，以高錳酸鉀為引發(fā)劑，與丙烯酰胺接枝共聚，生成淀粉—丙烯酰胺接枝共聚物或微晶纖維素—丙烯酰胺接枝共聚物，其特征是以接枝共聚物為基礎(chǔ)聚合物與氫氧化鈉水解后，再與二烷基氨基甲醇進(jìn)行陽離子反應(yīng)，反應(yīng)前或反應(yīng)后加入助劑。其反應(yīng)物的配比和反應(yīng)條件為①接枝反應(yīng)淀粉或微晶纖維素∶丙烯酰胺∶水=1∶(0.1～100)∶(10～5000)(重量比)；高錳酸鉀濃度0.0003～0.03克分子/升；反應(yīng)溫度30～70℃；反應(yīng)時(shí)間0.5～24小時(shí)。
②水解反應(yīng)丙烯酰胺∶氫氧化鈉=1∶0.03～0.3(重量比)反應(yīng)溫度30-95℃反應(yīng)時(shí)間0.5～24小時(shí)。
③二烷基氨基甲醇的制備二甲胺∶二乙胺=100∶0～0∶100甲醛∶胺=1∶0.1～5(克分子比)。
反應(yīng)溫度室溫反應(yīng)時(shí)間0.2小時(shí)以上。
④陽離子反應(yīng)接枝共聚物中丙烯酰胺支鏈∶甲醛＝1∶0.1～5(克分子比)；反應(yīng)溫度30～70℃；反應(yīng)時(shí)間0.4～24小時(shí)。
反應(yīng)前或反應(yīng)后加入水溶性無機(jī)鹽或非離子表面活性劑，加入量為體系的0.1％～5％(重量比)。
本發(fā)明用淀粉與丙烯酰胺接枝共聚物或微晶纖維素與丙烯酰胺接枝共聚物體作基礎(chǔ)聚合物，它具有多羥基和酰胺基團(tuán)，呈支化結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)胤稚⒘诵跄δ軋F(tuán)，有利于絮凝過程中的“架橋”作用。引入陰離子基團(tuán)后再進(jìn)行陽離子化，不但使產(chǎn)品帶兩種功能團(tuán)而擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，而且引進(jìn)的羧基使原來由于分子內(nèi)酰胺基團(tuán)之間氫鍵引起的分子卷曲狀伸展，有利于陽離子化反應(yīng)的進(jìn)行。此外，由于本發(fā)明用烷基氨基甲醇代替甲醛和二甲胺直接加入體系，避免了聚丙烯酰胺與甲醛的中間產(chǎn)
即大大減少或避免下面交聯(lián)的產(chǎn)生，產(chǎn)品穩(wěn)定性好。
本發(fā)明采用添加水溶性無機(jī)鹽或非離子表面活性劑是使產(chǎn)品粘度下降、流動(dòng)性好，反應(yīng)過程易于控制，產(chǎn)品溶解性能好。所述的無機(jī)鹽包括鉀、鈉、銨的硫酸鹽、碳酸鹽及其等同物，所述的非離子型表面活性劑包括聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇型非離子表面活性劑及多乙醇型非離子表面活性劑及其等同物。
本發(fā)明具有原料易得、生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)品綜合性能好、絮凝性能高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于作污泥脫水劑及多種工業(yè)廢水處理劑。
實(shí)施例1淀粉3克，加水60毫升，在70℃下糊化半小時(shí)，冷卻至50℃，加入0.1mol/l KMnO4溶液3ml，通氮半小時(shí)，加入丙烯酰胺6克，反應(yīng)2小時(shí)。然后加水120毫升，攪均勻。加入30％氫氧化鈉溶液1.2ml，反應(yīng)1小時(shí)。預(yù)先把40％的二甲胺19.2ml和37％甲醛2.28ml混和反應(yīng)并冷卻至50℃，加入反應(yīng)體系中，反應(yīng)2小時(shí)。反應(yīng)后加入碳酸氫銨2克和聚乙二醇單月桂酸酯2克。
實(shí)施例2微晶纖維素2克，加水40ml，60℃下加入0.1mol/l KMnO4溶液4ml，通氮半小時(shí)，加入丙烯酰胺5克，反應(yīng)2小時(shí)，加水100ml，攪拌均勻，升溫至70℃，加入30％NaOH0.8ml，反應(yīng)1小時(shí)。加入1.4g硫酸鈉和1.4克壬烷基酚EO加成物。再加入預(yù)先把40％二甲胺3.7ml與甲醛5.3ml的混和反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)半小時(shí)。
實(shí)施例3淀粉5克，加水120毫升，在95℃下糊化20分鐘，降溫至30℃，加入0.1mol/l KMnO4溶液10ml，通氮半小時(shí)，加入丙烯酰胺10克，反應(yīng)24小時(shí)。60℃下加入30％NaOH2ml，反應(yīng)2小時(shí)，加入3g硫酸鈉，攪拌均勻。降溫至40℃，加入預(yù)先把40％二甲胺1.9ml和60％二乙胺7.6ml、37％甲醛11.4ml混和反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)24小時(shí)，再加入13ml硫酸二甲酯。
權(quán)利要求
1.一種陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法，由淀粉或微晶纖維素與丙烯酰胺作為原料，以高錳酸鉀為引發(fā)劑，進(jìn)行接枝共聚，再進(jìn)行改性，其特征是接枝共聚物與氫氧化鈉水解后與二烷基氨基甲醇進(jìn)行陽離子反應(yīng)；并加入助劑進(jìn)行處理，其反應(yīng)物的配比和反應(yīng)條件是①接枝反應(yīng)淀粉或微晶纖維素∶丙烯酰胺∶水＝1∶0.1～100∶10～5000(重量比)，高錳酸鉀濃度0.0003～0.03克分子/升；反應(yīng)溫度30～70℃；反應(yīng)時(shí)間0.5～24小時(shí)，②水解反應(yīng)丙烯酰胺∶氫氧化鈉＝1∶0.03～0.3(重量比)反應(yīng)溫度30-95℃反應(yīng)時(shí)間0.5～24小時(shí)，③二烷基氨基甲醇的制備二甲胺∶二乙胺＝100∶0～0∶100(重量比)甲醛∶胺＝1∶0.1～5(克分子比)反應(yīng)溫度常溫反應(yīng)時(shí)間0.2小時(shí)～6小時(shí)④陽離子反應(yīng)接枝共聚物中丙烯酰胺支鏈∶甲醛＝1∶0.1～5(克分子比)；反應(yīng)溫度30～70℃；反應(yīng)時(shí)間0.4～24小時(shí)并加入助劑，加入量為體系的0.1％～5％(重量比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法，其特征是接枝共聚物是指淀粉—丙烯酰胺接枝共聚物或微晶纖維素—丙烯酰胺接枝共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法，其特征是所述的助劑包括無機(jī)鹽助劑或非離子型表面活性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的陽離子/兩性接枝型聚丙烯酰胺絮凝劑的制備方法，其特征是所述的無機(jī)鹽助劑包括鉀、鈉、銨的硫酸鹽、碳酸鹽及其等同物，所述的非離子型表面活性劑包括聚乙二醇型非離子表面活性劑或多乙醇型非離子表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備陽離子/兩性接枝型聚丙烯酸胺絮凝劑的方法,其特征是用淀粉或微晶纖維素為骨架,以高錳酸鉀為引發(fā)劑,與丙烯酰胺接枝共聚,制成淀粉或微晶纖維素與丙烯酰胺的接枝共聚物,經(jīng)水解反應(yīng)及與烷基氨基甲醇反應(yīng),并添加助劑,制成產(chǎn)品。具有原料易得、生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和的特點(diǎn),其產(chǎn)品綜合性能好,絮凝性能高，使用范圍廣,是當(dāng)前較理想的一種污泥脫水劑和污水處理劑。
文檔編號(hào)C02F1/56GK1196334SQ97108880
公開日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1997年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者蔡紫蕓, 嚴(yán)惠華, 陶鷹翔 申請(qǐng)人:廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所