CN1903893A - 反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂制备方法中的防粘剂 - Google Patents
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Abstract
一种反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法中的防粘剂,使用环己烷为溶剂,丙烯酸为单体,K2S2O8为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,单甘酯或十八醇磷酯与司盘-60混配或十八醇磷酯与单甘酯混配为分散剂,反相悬浮聚合,其特征是:在反应体系中加入的防粘剂为:聚乙二醇-2000;或聚乙二醇-6000;或聚乙二醇-2000与聚乙二醇-6000混配的一种,防粘剂用量与单体丙烯酸的重量百分比为0.5~15%。本发明制备的聚丙烯高吸水树脂,吸水率可达到300ml/g-900ml/g,吸盐水率在40ml/g-100ml/g的高吸水性树脂。
Description
技术领域
本发明涉及反相悬浮聚合法生产聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的制备方法,特别是涉及使用环己烷为溶剂,丙烯酸为单体,K2S2O8为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,反相悬浮聚合法中,使用的防粘剂,混配防粘剂。
背景技术
高吸水性树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子,最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。聚丙烯酸系高吸水树脂有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点,目前成为高吸水树脂的主要种类(邹新禧编著.超强吸水剂.北京:化学工业出版社,1991)。反相悬浮聚合是生产聚丙烯酸系高吸水树脂的主要方法之一。
反相悬浮聚合法生产聚丙烯酸系高吸水树脂,由于反相悬浮聚合体系的不稳定,多数情况下只能得到粘稠的凝胶状产物。为了利用反相悬浮聚合法直接得到固体粒状高吸水性树脂,反相悬浮聚合过程中必须加入分散剂,其作用是吸附在液滴表面,形成一层保护膜,起到保护、隔离胶体粒子的作用,同时稳定分散体系中的粘度。文献[王进,于善普,李加东.化工新型材料,1999,27(2):35;Askari F,Natisi S,Omidian H et al.J.Appl.Polym.Sci.,50,1851(1993);何培新,肖卫东,罗晓峰等,高分子材料科学与工程,4,23(1993);薛翠花,陈锡如,四川联合大学学报(工程科学版),1997,1(6):42;罗晓峰,李锦贵,何培新,应用化学,10,105(1993);曹爱丽,王强,王苹,曹鹏,于洁,化学通报,65,w031(2002)]公开了司盘、吐温、十六醇磷酯、十八醇磷酯、明胶反相悬浮分散剂,文献[田大听,过俊石,谢洪泉.应用化学,1997,14(5):15]公开两性高分子丙烯酸及十八酯共聚物等作为反相悬浮分散剂。但由于反相悬浮聚合体系是一个不稳定的体系,在制备过程中,往往是由于开始丙烯酸聚合形成的微小聚合粒互相粘连,导致聚合粒聚合度不高,交联度不够,产生凝胶结块、粘壁,只能得到粘稠状凝胶产物等问题。由于聚合度不高,交联度不够,往往只能得到吸水率在200~300ml/g以下,吸盐水率在20~40ml/g以下的低吸水率的吸水树脂。因此制备方法中除了需使用分散剂外,在实际的反相悬浮聚合法制备聚丙烯酸系高吸水树脂时,为使聚合反应更平稳的进行,防止丙烯酸(盐)聚合粒互相粘连,结块、粘壁,获得凝胶固体或固体颗粒状的,有足够凝胶强度的高吸水树脂;获得白色或浅黄色的,无可见机械杂质的,吸水率在600ml/g以上,吸盐水率在70ml/g以上的高吸水树脂;本发明进一步研究了几种来源广泛、成本低的制备聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的防粘剂,混配防粘剂。防粘剂,混配防粘剂还未见文献报道,在反相悬浮聚合法生产聚丙烯酸(盐)高吸水树脂中起了关键作用。
发明内容
本发明为了克服在反相悬浮聚合法生产聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的制备过程中,往往是由于开始丙烯酸聚合形成的微小聚合粒互相粘连,导致聚合粒聚合度不高,交联度不够,产生凝胶结块、粘壁,得到粘稠状凝胶产物等问题。由于聚合度不高,交联度不够,往往只能得到低吸水率吸水树脂的问题。为使聚合反应更平稳的进行,防止丙烯酸(盐)聚合粒互相粘连,结块,粘壁,只能得到粘稠状凝胶产物的问题,获得凝胶固体或固体颗粒状的,有足够凝胶强度的高吸水树脂;获得白色或浅黄色的,无可见机械杂质的高吸水树脂,提供了几种来源广泛、成本低的制备聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的防粘剂,混配防粘剂。
本发明所述的反相悬浮聚合聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的制备方法,使用环己烷为溶剂,丙烯酸为单体,K2S2O8为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,单甘酯或十八醇磷酯与司盘-60混配或十八醇磷酯与单甘酯混配为分散剂,反相悬浮聚合,其特征是:在反应体系中加入的防粘剂为:聚乙二醇-2000(PEG-2000);聚乙二醇-6000(PEG-6000);或聚乙二醇-2000(PEG-2000)与聚乙二醇-6000(PEG-6000)混配的一种。防粘剂用量与单体丙烯酸的重量百分比为0.5~15%。
本发明所述的反相悬浮聚合制备聚丙烯高吸水树脂的步骤如下:
在三口反应瓶中加入计量的环己烷、加入反相悬浮分散剂、加入防粘剂,防粘剂与单体丙烯酸重量的百分比为0.5~15%。
通氮气逐出瓶中氧气,升温至60~80℃使之溶解。
同时将计量的丙烯酸置于锥形瓶中,在冷却条件下,用计量的NaOH溶液中和。
再加入计量的K2S2O8、N,N-亚甲基双丙烯酰胺使之溶解,得丙烯酸单体混合液。
将上述单体混合液以1~4滴/秒的速度滴入反应瓶内,氮气保护下60~80℃恒温反应2~6小时。
反应完毕后,降至室温,过滤,甲醇洗涤,90~110℃烘干,得颗粒状吸水树脂。
本发明所述的聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的吸水和吸盐水性能测定方法如下:
吸水率测定:称取1.0g干燥的树脂于烧杯中,加入1000ml去离子水,加盖防水蒸发。在室温下让其吸至饱和后,用500目滤布过滤,得滤出的去离子水,量其体积。
吸水率如下计算:
吸水率(ml/g)=加入水总体积(ml)-滤出水体积(ml)/干燥聚合物重量(g)
吸盐水率测定:称取1.0g干燥的树脂于烧杯中,加入200ml0.9%NaCl水溶液,加盖防水蒸发。在室温下让其吸至饱和后,用500目滤布过滤,得滤出的盐水,量其体积。
吸盐水率如下计算:
吸盐水率(ml/g)=加入盐水总体积(ml)-滤出盐水体积(ml)/干燥聚合物重量(g)
本发明提供反相悬浮聚合制备聚丙烯(盐)高吸水树脂的防粘剂为:聚乙二醇-2000(PEG-2000)、聚乙二醇-6000(PEG-6000)、聚乙二醇-2000(PEG-2000)与聚乙二醇-6000(PEG-6000)混配。利用PEG-2000作反相悬浮防粘剂,PEG-2000用量与单体丙烯酸的重量百分比为1.00%~12.00%之间时,高吸水树脂的吸水率可达到500ml-750ml/g,吸盐水率在50%-85%。利用聚乙二醇-6000(PEG-6000)作反相悬浮防粘剂,PEG-6000用量与单体丙烯酸的重量百分比为1.00%~12.00%之间时,高吸水树脂的吸水率可达到300ml-550ml/g,吸盐水率在40%-70%。利用PEG-2000与PEG-6000两者混配作混配防粘剂。混配防粘剂与单体丙烯酸的重量百分比为1.00%~12.00%之间时,高吸水树脂的吸水率可达到600ml/g-900ml/g,吸盐水率在80ml/g-100ml/g左右
具体实施方式
实施例药品原料
丙烯酸(工业级),司盘-60(工业级),单甘酯(工业级);K2S2O8,N,N-亚甲基双丙烯酰胺;十六醇磷酯和十八醇磷酯[按张昌辉的方法自制;张昌辉,李临生,精细化工,6,39(1997)]。聚乙二醇-2000(工业级);聚乙二醇-6000(工业级)。以下各实施例药品相同。
实施例1
在三口反应瓶中加入60mL-120mL环己烷,加入0.5g-1.0g分散剂单甘酯,加入0.1g-1.0g聚乙二醇-2000作防粘剂。将7.5g-15.0g丙烯酸置于锥形瓶中;将3.1g-6.2g的NaOH溶于10mL-20mL蒸馏水中,水溶液在冷却条件下,中和丙烯酸。中和完毕后,加入0.05g-0.10g的K2S2O8,0.05g-0.10g的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺使之溶解,制得单体混合液。通氮逐出三口反应瓶中氧气,升温至60℃-80℃使分散剂溶解。将先前制得的单体混合液于滴液漏斗中,以1-4滴/秒的速度滴入反应瓶内。氮气保护下,60℃-80℃恒温反应2小时-4小时。反应完毕后,温度降至室温,过滤,甲醇快速洗涤,100℃-110℃烘干得白色或浅黄色的,固体或固体颗粒状的,无可见机械杂质的高吸水树脂。
实施例2
在三口反应瓶中加入60mL-120mL环己烷,加入0.5g-1.0g十八醇磷酯与司盘-60的混配分散剂,重量比为1∶1。加入0.1g-1.0g聚乙二醇-6000作防粘剂。将7.5g-15.0g丙烯酸置于锥形瓶中;将3.1g-6.2g的NaOH溶于10mL-20mL蒸馏水中,水溶液在冷却条件下,中和丙烯酸。中和完毕后,加入0.05g-0.10g的K2S2O8,0.05g-0.10g的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺使之溶解,制得单体混合液。通氮逐出三口反应瓶中氧气,升温至60℃-80℃使混配分散剂与防粘剂溶解。将先前制得的单体混合液于滴液漏斗中,以1-4滴/秒的速度滴入反应瓶内。氮气保护下,60℃-80℃恒温反应2小时-4小时。反应完毕后,温度降至室温,过滤,甲醇快速洗涤,100℃-110℃烘干得白色或浅黄色的,固体或固体颗粒状的,无可见机械杂质的高吸水树脂。
实施例3
在三口反应瓶中加入60mL-120mL环己烷,加入0.5g-1.0g十八醇磷酯与司盘-60的混配分散剂,重量比为1∶1。加入0.1g-1.0g聚乙二醇-2000∶聚乙二醇-6000重量比为1∶1(或1∶2,或2∶1)作混配防粘剂。将7.5g-15.0g丙烯酸置于锥形瓶中;将3.1g-6.2g的NaOH溶于10mL-20mL蒸馏水中,水溶液在冷却条件下,中和丙烯酸。中和完毕后,加入0.05g-0.10g的K2S2O8,0.05g-0.10g的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺使之溶解,制得单体混合液。通氮逐出三口反应瓶中氧气,升温至60℃-80℃使混配分散剂与防粘剂溶解。将先前制得的单体混合液于滴液漏斗中,以1-4滴/秒的速度滴入反应瓶内。氮气保护下,60℃-80℃恒温反应2小时-4小时。反应完毕后,温度降至室温,过滤,甲醇快速洗涤,100℃-110℃烘干得白色或浅黄色的,固体或固体颗粒状的,无可见机械杂质的高吸水树脂。
实施例4
聚乙二醇-2000(PEG-2000);聚乙二醇-6000(PEG-6000)作防粘剂,或为调整其极性采用PEG-2000与PEG-6000两者混配作混配防粘剂对吸水树脂性能的影响。
本发明采用防粘剂,或采用混配防粘剂。试验表明,一般情况下PEG-2000防粘效果优于PEG-6000。若PEG-2000与PEG-6000两者相混,得到颗粒状产物,且吸水和吸盐水率大幅度提高。按本发明所述的聚丙烯酸(盐)高吸水树脂的聚合方法,采用PEG-2000;PEG-6000作防粘剂,或采用PEG-2000与PEG-6000两者混配作混配分散防粘剂。吸水率一般可达到300ml/g-900ml/g,吸盐水率在40ml/g-100ml/g(表1)。
表1 反相悬浮聚合时防粘剂聚乙二醇(PEG)的作用
PEG-2000(%)a | PEG-6000(%)a | PEG-2000∶PEG-6000(重量比)a | 吸水率(ml/g) | 吸盐水率(ml/g) |
1.113.336.6710.00 | 1.113.336.6710.00 | 1∶1(1.11)1∶1(3.33)1∶1(6.67)1∶1(10.00)1∶2(10.00)2∶1(10.00) | 540500698710410345440496798840770722610620 | 5560858545656063949995898087 |
a括号内为防粘剂或混配防粘剂与单体丙烯酸的重量百分比。
Claims (5)
1.一种反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法中的防粘剂,使用环己烷为溶剂,丙烯酸为单体,K2S2O8为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,单甘酯或十八醇磷酯与司盘-60混配或十八醇磷酯与单甘酯混配为分散剂,反相悬浮聚合,其特征是:在反应体系中加入的防粘剂为:聚乙二醇-2000;或聚乙二醇-6000;或聚乙二醇-2000与聚乙二醇-6000混配的一种,防粘剂用量与单体丙烯酸的重量百分比为0.5~15%。
2.根据权利要求1所述的反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法中的防粘剂,其特征是聚乙二醇-2000用量与单体丙烯酸用量的重量百分比为1.00~12.00%。
3.根据权利要求1所述的反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法中的防粘剂,其特征是聚乙二醇-6000用量与单体丙烯酸用量的重量百分比为1.00~12.00%。
4.根据权利要求1所述的反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法中的防粘剂,其特征是所述混配防粘剂聚乙二醇-2000∶聚乙二醇-6000重量比为1∶1或1∶2,或2∶1,混配防粘剂与单体丙烯酸的重量百分比为1.00%~12.00%。
5.根据权利要求1所述的反相悬浮聚合聚丙烯高吸水树脂的制备方法,其步骤是:
●在三口反应瓶中加入计量的环己烷、加入反相悬浮分散剂,分散剂与单体丙烯酸重量的百分比为0.5~15%;加入防粘剂,防粘剂与单体丙烯酸重量的百分比为0.5~15%。
●通氮气逐出瓶中氧气,升温至60~80℃使之溶解;
●同时将计量的丙烯酸置于锥形瓶中,在冷却条件下,用计量的NaOH溶液中和;
●再加入计量的K2S2O8、N,N-亚甲基双丙烯酰胺使之溶解,得丙烯酸单体混合液;
●将上述单体混合液以1~4滴/秒的速度滴入反应瓶内,氮气保护下60~80℃恒温反应2~6小时;
●反应完毕后,降至室温,过滤,甲醇洗涤,90~110℃烘干,得颗粒状吸水树脂。
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