丙烯酰胺-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯共聚物

性质与稳定性

与聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯絮凝剂相比，本共聚物产品具有阳离子电荷密度范围大、分子量高、适用范围宽和成本低等优点，广泛用于各种工业和生活废水，特别适宜对来自污水厂和化学、石油或造纸厂的工业废水中有机污泥的处理，用作生物污泥的脱水助剂。本品有不同的物理形态。利用本品的阳离子电荷及高分子量在絮凝过程中的中和负电荷及桥连絮体的作用，可根据不同的处理对象选择适宜的阳离子电荷密度和分子量的共聚物。电荷密度的大小取决于共聚物中阳离子单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的含量。例如，在生物污泥脱水过程中，使用同一分子量但阳离子电荷密度不同的本品，结果差异很大。脱水效果以收集100ml滤液所需的时间计。本品使用时，可直接加入澄清处理过的生物污泥中，也可加在经增稠、消化后脱水前的污泥中。本品加量以每吨干污泥固体计，为2.3～4.5kg。处理后的污泥可以用皮带过滤器、真空过滤器或离心机脱水在皮带过滤器脱水中，可形成大块的絮状物，而且不黏附过滤器滤布，因此备受欢迎，是日本最常用的阳离子聚合物混凝剂和絮凝剂。

合成方法

通常有溶液聚合、乳液聚合及辐射聚合三种方法制取，但溶液聚合所得产品有效成分低，易于降解，不便于运输和贮存。为提高共聚物的水溶性，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体常以甲基氯化季铵盐形式参加反应。以下着重介绍乳液聚合及辐射聚合两种方法。
（１）乳液聚合　该法共分聚合、脱水、加乙二醇或乙二醇醚和除烃4步进行。
①共聚阶段。将单体与水、环己烷或己烷、引发剂和表面活性剂混合，加热搅拌制成所需大小细粒(形成稳定悬浮液)的共聚物，分子量在1×106以上。表面活性剂一般选用脱水山梨(糖)醇-硬脂酸酯。
②共沸脱水阶段。一般在常压下进行，该过程非常重要，这是因为少量水的存在会导致产品增黏和杂质出现。
③加醇阶段。乙二醇或乙二醇醚的加入可增加聚合物的分用的醇或醇醚应具有水溶性、高沸点、可生物降解、与表面活性剂相容、较高的闪点以及价格便宜等特点，常用的有二甘醇二乙醚。
④除烃阶段。通过常压或减压蒸馏(1.33kPa)方法完成。需要指出，表面活性剂的加量适当与否，将会影响产品的质量和分散性。加量过少，所产生的共聚物颗粒过大，使之从分散相沉淀析出；加量过多则不经济。一般控制在溶剂质量的0.5%～2%，由此所得到的共聚物细粒可控制在1nm到几微米。
实例　在一装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、加料漏斗、分离器和热水水浴的三口烧瓶内，加入132g水、4.94g硫酸(98%)、15.7g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体和38.1g丙烯酰胺单体，用50%硫酸调整pH值至3.5，然后，再加330g己烷、9.4g山梨(糖)醇-硬脂酸酯、0.022g甲酸和0.044g偶氮二异丁腈制成混合物。将此混合物于充氮的气氛下加热至60-65℃，持续反应1.5h后，再加入0.044g引发剂偶氮二异丁腈，继续反应1.5h。之后，进行共沸蒸馏脱水，再加入1.37g二甘醇二乙醚继续蒸馏除去己烷，如此即可制得白色易流动的触变分散相乳液。该乳液中有效成分含量为21%。
（２）辐射聚合　原料为工业级丙烯酰胺和精制的工业级甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷盐。将盛于玻璃瓶内的单体水溶液在真空状态下经重复凝固、熔化（一般在4次以上）进行脱气操作后，再抽真空密封，然后在恒温槽内用钴60射线照射。取出经辐射聚合反应的混合物，倒入过量丙酮溶剂中，使共聚物沉淀析出。然后在大量丙酮中用均匀器进行研磨，使之呈粉末状，再经过滤、丙酮洗涤、在真空和室温下干燥24h，即可得到所需的共聚物产品。操作条件为：单体浓度2mol/L，单体组分为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯∶丙烯酰胺＝3∶7（摩尔比），聚合温度２８℃，辐射剂量10-40Gy/h(1000～4000rad/h）。与其他方法相比，辐射聚合可以提供阳离子强度范围极宽的高分子量絮凝剂，其原因在于该法较常用的自由基引发聚合温度低。辐射聚合反应的聚合物的比浓黏度即分子量的大小，取决于辐射剂量率、聚合温度以及单体的浓度与配比。