乳液聚合制粉状聚丙烯酰胺的研究

　　1　前　言聚丙烯酰胺(PAM)是一种极易溶于水的高聚物,为白色粉末或不规则鳞片状物,150℃以上分解。其化学性质活泼,易导入离子性基团。它具有降电阻、增稠、吸附、絮凝等作用,可用做絮凝剂等,广泛应用于制糖、采选煤、医药、轻工纺织、造纸、净水等工业生产中。制取固体聚丙烯酰胺工业上有许多方法,如辐射聚合法、溶液沉淀聚合法、水溶液聚合法等。本研究探讨一种乳液聚合法,适用于实验室或中、小型厂矿制备纯度高、聚合度高的产品。
　　2　实验部分2·1　试剂配方及仪器2·1·1　原料配方(总体积约150ml)组分规格配方丙烯酰胺水溶液15~30% 24g120号汽油沸程80~120℃60~100ml司盘-80 CP级1~4gNaHCO3CP级3~5g氨水CP级1~2mlNaHSO3CP级0·015%K2S2O8CP级0·015%蒸馏水一次蒸馏水50ml2·1·2　仪器三口烧瓶(平底)　蛇形冷凝管　温度计搅拌器(恒温电磁搅拌)　水浴烧杯　分液漏斗　锥形瓶　电炉　滴定管　砂芯坩埚2·2　实验步骤按配方称丙烯酰胺(AM)水溶液移入带有回流冷凝器的烧瓶中,加NaHCO3(同时通CO2),搅拌溶解,升温至35~40℃,待NaHCO3溶完。加入氨水和引发剂K2S2O8,再加入溶于汽油的45℃左右的司盘-80液,继续搅拌,并缓缓升温,因放热会自动升温。若出现放热高峰,则表明反应已充分引发;若无放热高峰出现,体系逐渐发浑,也是正常现象(表明反应也已被引发)。在60℃聚合1·5~2·0h,转化率约达80%。将装置的回流冷凝管换成带有油水分离器的简单蒸馏装置,升温至约80℃共沸水解、脱水。水油蒸出经油水分离器分层。油倒流回烧瓶内以保持瓶内一定液面。当水的脱出量达到理论值(95%)时,停止脱水。此过程需要几小时。产品冷却后,出料、过滤、分离、干燥,即得聚合物。
　　3　实验结果和讨论3·1　质量指标测定方法粒度—目测。
　　水溶性—用水溶浸,观察是否有不溶物。
　　分子量—粘度法(师大测试中心)。
　　转化率—溴化法(测残余单体)。
　　水解度—酸碱滴定法。
　　3·2　产品质量检测结果产品质量检测结果如表1所示。3·3　讨论①实验所采用的体系为丙烯酰胺水溶液—汽油—司盘-80体系(油水体积比为22∶0·8);在乳化剂用量为3·12∶0.78%(对油重)时,能实现稳定的分散聚合。油水比低于1·1∶1时,体系发粘,影响分散及散热,产品溶解性不良(可能有交联等副反应)。油水比大,设备生产率低。
　　乳化剂用量在2g以下,出现分散欠佳、产品粒度大和溶解性不佳等问题时,乳化剂合适用量为2~3g。
　　②AM水溶液浓度为30%,油水比为1·6,引发剂的用量对聚合物分子量有影响。
　　引发剂用量大于单体的0·15%或小于单体0·005%,所得聚合物的分子量均较小。所以引发剂的用量为单体的0·15%~0.005%为好。
　　③聚合与水解反应的推进曲线如图1所示。由图可见,聚合转化在反应放热高峰后已达60%;经60℃, 2h聚合期,聚合达80%;最后经脱水可达99%以上。测得K2MnO4电解温度为60℃时的槽电压要比25℃时低0·1~0·16V。
　　然而,槽温也不宜过高,一般不超过80℃,否则阳极气体中水蒸汽分压将迅速提高,而电解液水分蒸发将带出大量的K2MnO4、KMnO4、KOH和K2CO3,产生不必要的浪费。所以,应维持电解液的温度为60~80℃。这不仅对电解有利,而且能防止K2MnO4和KMnO4在电极上结晶而导至短路。电解槽的温度可以用保温和调节进槽电解始液的温度来控制。
　　5　电解时间目前,我国K2MnO4溶液的电解是间歇式的,因而掌握适当的电解时间,是提高电流效率和日产量的重要因素。一般电流效率是根据K2MnO4被氧化的数量来确定的(即随时间),当大约30%的K2MnO4被氧化时,电流效率为70%(平均);当50%~75%被氧化时,其电流效率分别为50%和25%。
　　因此,当电解液内含K2MnO4+KMnO4为40~60g/L时,应为电解的终点。其电解时间为24~30h。
　　6　结束语在电解K2MnO4制KMnO4的过程中,各种因素的影响,不是经常表现在一定的期望方向上;在每一单独场合多估计任何一个因素,一方面有好的效果,另一方面也可能起坏的作用。总之,影响K2MnO4电解的电流效率的因素有多种,除上面述及的外,还有电解槽的制作安装质量,电解槽运行管理等。各因素均不可忽视,要综合考虑。
　　上面我们针对当前我国锰酸钾电解工艺和设备的具体情况,就如何提高电流效率,阐述了我们的意见。然而,从长远一点来看,要想获得更高的电流效率,就要采用连续电解工艺(如美国Carus公司开发的双极连续电解工艺,其电流效率高达82%以上)。
　　采用这种工艺后,电解始液的K2MnO4浓度只需53~120g/L。这样既提高了电流效率,又解决了目前氧化炉料溶浸操作的一大矛盾。其经济效益是相当可观的。
　　我国宜组织力量深入开发或从国外引进这种工艺,以便从根本上改变我国高锰酸钾的生产面貌。