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反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠

作　者: 邹胜林
导　师: 翁志学
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 聚丙烯酸钠反相悬浮聚合稳定性动力学分子量
分类号: TQ314.253
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

高分子量聚丙烯酸钠是一种重要的阴离子型絮凝剂，在工业上有着广泛的应用。反相悬浮聚合是将水溶性单体分散在油溶性介质中，水溶性引发剂溶解于水相中进行聚合的方法。它可以克服水溶液聚合中体系粘度大、搅拌困难以及聚合热难以散发等工艺难点，是目前合成水溶性高分子量、颗粒或粉状聚丙烯酸钠的一种新方法。本文研究了反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠过程中的工艺稳定性及成粒机理，过硫酸盐／脂肪胺引发体系引发丙烯酸钠水溶液聚合动力学及其对聚合物分子量的影响，并就合成高分子量聚丙烯酸钠进行了研究。最后，选用合适的反应条件和工艺流程，合成了粒径在50～200μm，分子量为5^*10⁶的透明粒状聚合物。研究发现：在丙烯酸中和度为80％，选用0.75％（wt％，相对于油相）Span 60分散剂，250r／min的搅拌转速时，体系有较好的稳定性。优化得到变温聚合工艺：低温中和后40℃恒温1h、50℃恒温1h、60℃恒温30min后升温至共沸点，共沸脱出体系70％水时即可停止反应。丙烯酸钠的反相悬浮聚合等同于微水相的水溶液聚合，成粒过程与正相的悬浮聚合过程相似。本文研究了过硫酸铵／DMA、过硫酸铵／氨水／尿素、过硫酸铵／三乙醇胺三种引发体系在50、55、60℃下，不同氧化剂、还原剂配比条件对反应速率、分子量的影响。研究发现过硫酸铵／DMA（质量百分含量）=0.8％／0.5％，60℃时，得到的聚丙烯酸钠分子量最高，达2.80^*10⁶。体系中添加无机盐，通过影响自由基周围的静电场和离子强度来影响聚合反应速率。NaCl和CH₃COONa均可适当地提高聚丙烯酸钠的分子量。提出了用循环伏安法测定脂肪胺氧化电位，来推测过硫酸铵／脂肪胺引发活性的方法，测得结果与聚合体系的表观活化能的顺序相同。合成高分子量聚丙烯酸钠时，存在高分子量和凝胶含量的矛盾。在提高分子量的同时采用链转移剂控制聚合物中凝胶含量。当过硫酸铵量为0.2％（wt％，相对于水相）、NaCl量为0.17％（同上），聚合得到聚丙烯酸钠分子量为1.417^*10′。依据实验室研究结果，进行了中试工艺设计。通过1000L中试实验，聚合得到了聚合物颗粒形态良好、易溶的高分子量聚丙烯酸钠。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-6
目录  6-8
1 前言  8-10
2 文献综述  10-26
  2．1 絮凝作用机理  10-12
    2．1．1 DLVO理论  11
    2．1．2 电荷的中和作用  11-12
    2．1．3 桥连作用机理  12
  2．2 丙烯酸及其钠盐的聚合特性  12-13
  2．3 丙烯酸及其盐类聚合实施方法  13-17
    2．3．1 本体聚合  13
    2．3．2 水溶液聚合  13-15
    2．3．3 反相悬浮聚合  15-16
    2．3．4 反相乳液聚合  16-17
    2．3．5 辐射聚合  17
    2．3．6 水相沉淀聚合  17
  2．4 水溶液聚合和反相悬浮聚合工艺的比较  17
  2．5 合成工艺条件及其影响因素  17-21
    2．5．1 分散剂及其助分散剂的选择及其浓度对分子量的影响  18
    2．5．2 引发体系的选择及其浓度对分子量的影响  18-20
    2．5．3 单体浓度对分子量的影响  20
    2．5．4 交联剂对分子量的影响  20-21
    2．5．5 聚合温度对分子量的影响  21
    2．5．6 链转移剂对分子量的影响  21
    2．5．7 缓聚剂对分子量的影响  21
  2．6 聚丙烯酸钠的性质  21-23
    2．6．1 物理性质  21-22
    2．6．2 稳定性  22
    2．6．3 成膜性  22-23
    2．6．4 吸湿性、保水性  23
  2．7 聚丙烯酸钠的应用  23-26
3 实验部分  26-29
  3．1 实验药品  26
  3．2 聚合实验装置  26-27
  3．3 流程示意图及实验步骤  27
    3．3．1 流程示意图  27
    3．3．2 实验  27
  3．4 性能测试  27-29
    3．4．1 碘量法测定反应速率  27-28
    3．4．2 粘度法测定分子量  28
    3．4．3 循环伏安法氧化测定脂肪胺氧化电位  28-29
4 反相悬浮聚合体系稳定性的研究  29-36
  4．1 反相悬浮法和水溶液聚合法产物颗粒形态比较  29
  4．2 聚合升温控制对聚合稳定性的影响  29-30
  4．3 分散剂的选择及其对体系稳定的影响  30-31
  4．4 搅拌转速的影响  31-32
  4．5 中和度的影响  32-34
  4．6 聚合过程中成粒机理研究  34-36
5 引发体系对聚合动力学及分子量的影响  36-51
  5．1 APS／脂肪胺引发体系  36-42
    5．1．1 APS／DMA引发体系  36-38
    5．1．2 APS/尿素/氨水引发体系  38-40
    5．1．3 APS／三乙醇胺引发体系  40-42
  5．2 盐类对丙烯酸钠聚合的影响  42-45
    5．2．1 加入无机盐对APS／DMA引发体系的影响  42-44
    5．2．2 加入无机盐对APS／三乙醇胺引发体系的影响  44-45
  5．3 脂肪胺氧化的电化学表征  45-50
    5．3．1 取代基电负性对脂肪胺氧化-还原电位的影响  46-47
    5．3．2 取代基空间位阻对氧化还原电位的影响  47-50
  5．4 小结  50-51
6 高分子量聚丙烯酸钠的合成  51-56
  6．1 链转移剂对分子量的影响  51-52
  6．2 引发体系的选择及其对分子量的影响  52-53
    6．2．1 过硫酸铵量的确定  52-53
    6．2．2 DMA对聚合物分子量的影响  53
  6．3 抗交联剂对聚合物分子量的影响  53-54
  6．4 无机盐的影响  54-55
  6．5 扩链剂对聚合物分子量的影响  55
  6．6 小结  55-56
7 中试实验及放大  56-60
  7．1 反应器形式的选择  56-57
  7．2 工艺流程的设计  57
  7．3 搅拌功率的计算  57-58
  7．4 中试实验数据  58
  7．5 小结  58-60
8 结论  60-62
参考文献  62-65
致谢  65

反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠

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