反相懸浮法合成高分子量聚丙烯酸鈉工藝研究

王興國

摘 要：聚丙烯酸鈉以其良好的物化性質(zhì)在化工、石油、食品、紡織、醫(yī)療等眾多領域得到廣泛應用?；诰郾┧徕c應用重要性的不斷提升，其生產(chǎn)工藝得到人們越來越多的關注?；诖?，本文以高分子量聚丙烯酸鈉為研究對象，采用理論與實踐相結合研究法，從高分子量聚丙烯酸鈉特征入手，就反相懸浮法合成工藝進行了簡要分析，以供參考。

關鍵詞：反相懸浮法;高分子量聚丙烯酸鈉;丙烯酸鈉

目前水溶液聚合法、反相乳液聚合法是聚丙烯酸鈉較為常用的合成工藝，但在實踐操作過程中，水溶液聚合法存在操作難度大、聚合組分少等弊端，反相乳液聚合法存在乳液穩(wěn)定性控制難度大、生產(chǎn)成本高等弊端。而反相懸浮法的提出與科學運用，能夠有效改善上述弊端，提升高分子量聚丙烯酸鈉合成質(zhì)量。

1 反相懸浮法合成高分子量聚丙烯酸鈉工藝理論分析

1.1 高分子量聚丙烯酸鈉

高分子聚丙烯酸鈉是丙烯酸類聚合物中的重要組成部分，主要由丙烯酸或者丙烯酸酯通過聚合法、皂化法、中和法等不同方法制備而成，屬于高分子水溶性聚合產(chǎn)物，具有不完全溶解缺陷。由于聚丙烯酸鈉易溶于水，其水溶液具有相對較好的潤濕性、成膜性、保水性、耐溫性，且能夠長期保存，應用到不同場合中，包括水處理、食品生產(chǎn)加工、醫(yī)藥制造、石油開采、紡織制造、工業(yè)鑄造等[1]?；诟叻肿恿烤郾┧徕c在各領域應用重要性的不斷提升，加強高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)質(zhì)量與效率成為相關企業(yè)以及工作人員思考的重點內(nèi)容。

1.2 聚丙烯酸鈉常見生產(chǎn)工藝分析

目前，在聚丙烯酸鈉生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝主要有以下幾種：（1）水解法生產(chǎn)工藝。即將丙烯酰胺進行聚合使其轉(zhuǎn)化為聚丙烯酰胺，并在堿性環(huán)境中對其進行水解，實現(xiàn)聚丙烯酸鈉的有效制備。（2）皂化法生產(chǎn)工藝。即聚合丙烯酸甲酯，并利用氫氧化鈉在高溫環(huán)境下處理聚合后的乳膠或者懸浮液，實現(xiàn)聚丙烯酸鈉的有效制備。（3）中和法生產(chǎn)工藝。即立足氧化還原反應制備聚丙烯酸，通過酸堿中和反應，實現(xiàn)聚丙烯酸鈉的有效制備。（4）聚合法生產(chǎn)工藝。即通過酸堿中和制備丙烯酸鈉單體，并在引發(fā)劑作用下，實現(xiàn)高分子量聚丙烯酸鈉的有效制備?；诰郾┧徕c相關研究的不斷深入，聚合法生產(chǎn)工藝呈現(xiàn)多樣化發(fā)展態(tài)勢，包括本體聚合（在引發(fā)劑作用下，通過有效控制聚合熱的排出，將丙烯酸與丙烯酸鹽類單體進行聚合，得到所需產(chǎn)物）、水相沉淀聚合（依托特殊沉淀劑改變聚丙烯酸鈉溶解度，將聚丙烯酸鈉與水分離，在處理后得到所需產(chǎn)物）、反相乳液聚合（在油性介質(zhì)中依托乳化劑實現(xiàn)單體聚合，制備聚丙烯酸鈉、高分子量聚丙烯酸鈉）、水溶液聚合（利用丙烯酸鈉水溶液、連續(xù)水溶液聚合裝置制備高分子量聚丙烯酸鈉或在水中借助氧化/還原引發(fā)劑、過硫酸鈉等使丙烯酸單體聚合，制備高分子量聚丙烯酸鈉）等[2]。目前，水溶液聚合法是高分子量聚丙烯酸鈉常用合成工藝，具備操作設備檢點、反應熱排除簡單等優(yōu)勢，但也存在操作難度大、聚合組分少等不足。

1.3 反相懸浮法合成工藝優(yōu)勢分析

反相懸浮聚合技術最早應用于聚乙烯等單體溶液聚合，在實踐操作過程中，能夠利用分散劑（如親水性高嶺土、親水性有機溶劑等）將反應物質(zhì)分散到油性介質(zhì)中，并在氧化—還原引發(fā)劑、有機溶液回流等作用下，使單體水溶液產(chǎn)生水相聚合。隨著反相懸浮聚合技術理論與實踐研究的不斷深入，眾多學者、研究人員將其應用到聚丙烯酸鈉合成中，用以解決水溶液聚合技術、反相乳液聚合、皂化聚合技術等應用過程中存在的不足，提高高分子量聚丙烯酸鈉合成質(zhì)量與效率。例如，對比分析反相懸浮聚合技術與水溶液聚合技術，發(fā)展兩者在引發(fā)體系（一氧化—還原引/發(fā)體系為主）、聚合溫度（50℃～100℃）上存在相似性，在聚合場所、產(chǎn)品形態(tài)、固含量、散熱情況、產(chǎn)品分子量等方面存在較大差異性。相對水溶液聚合技術而言，反相懸浮聚合技術的固含量較高，可達到60%左右，且能夠在一定程度上降低散熱難度，解決聚合后期體系粘度問題，大幅度提升聚丙烯酸鈉分子量，且后續(xù)處理操作簡短，易于運輸、存儲。因此，加強反相懸浮聚合技術研究與推廣應用對高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)具有重要意義。

2 反相懸浮法合成高分子量聚丙烯酸鈉工藝實踐分析

在對反相懸浮法合成高分子量聚丙烯酸鈉工藝具有一定了解后，利用實驗分析明確影響因素，確定最佳合成方案。

2.1 實驗原材料選擇

選擇濟南廣宇化工有限公司生產(chǎn)的丙烯酸，工業(yè)級;北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的過硫酸銨、亞硫酸鈉，分析純;華東醫(yī)藥有限公司生產(chǎn)的氯化鉀、二二乙醇胺，分析純;廣州化學試劑公司生產(chǎn)的尿素，分析純;南通豐源化工有限公司生產(chǎn)的Span-60，分析純，等等，作為本次實驗主材料。

2.2 實驗內(nèi)容與流程

嚴格遵守“丙烯酸中和——聚合——共沸脫水——除溶劑應用/回收——干燥”等流程進行操作。將氫氧化鈉水溶液滴入丙烯酸單體中進行中和，在保證反應完全后，加入引發(fā)劑、相應助劑。并利用封管、恒溫槽進行升溫處理，使其達到指定溫度后完成聚合、脫水并得到顆粒狀產(chǎn)品。

2.3 實驗結果與討論

在實驗過程中需對反應速度、分子量等進行測定，做好溫度、攪拌速度、分散劑等控制對體系穩(wěn)定性存在的影響。根據(jù)實驗結果分析，發(fā)現(xiàn)乳化劑選擇不同、攪拌速度不同、聚合升溫溫度不同、分散劑應用不同對體系穩(wěn)定性的影響也不同。（1）丙烯酸單體中和度最佳為93%;（2）乳化劑最好選擇Span-60，HLB值為1.7;（3）攪拌轉(zhuǎn)速最好控制在250r/min，過塊或過慢均會影響產(chǎn)品質(zhì)量;（4）聚合反應溫度控制在60℃，可保證體系穩(wěn)定，產(chǎn)品顆粒均勻;（5）過硫酸銨/氧化還原體系做引發(fā)劑效果更佳。

3 結論

總而言之，反相懸浮法可有效解決上高分子量聚丙烯酸鈉水溶液聚合工藝不足，在實踐操作過程中丙烯酸單體中和度為93%，Span-60乳化劑HLB為4.7，攪拌轉(zhuǎn)速為每分鐘250轉(zhuǎn)時，體系穩(wěn)定性較強;適當添加引發(fā)劑、轉(zhuǎn)移劑并有效控制溫度，可進一步提高分子量。

參考文獻：

[1]王少鵬，李靖靖.正交試驗法優(yōu)化高分子量聚丙烯酸鈉合成工藝[J].中州大學學報，2017，34（02）：109-112.

[2]徐武軍，聶昆，李久明.聚丙烯酸類高吸水性樹脂的合成、應用及發(fā)展現(xiàn)狀[J].福建建材，2016（12）：20-21+70.