聚丙烯酸鈉樹脂的合成工藝

1、聚丙烯酸鈉樹脂的合成工藝常熟理工學(xué)院-材料科學(xué)與工程專業(yè)題 目：生產(chǎn)聚合聚丙烯酸鈉樹脂的工藝姓 名：楊鑫 學(xué) 號：150208112專 業(yè)：材料科學(xué)與工程專業(yè) 班 級：08級材 料班指導(dǎo)教師 左曉兵 起止日期2010.12 2011.01目錄一、設(shè)計背景1、關(guān)于聚丙烯酸鈉樹脂2、聚丙烯酸鈉樹脂的產(chǎn)品性能和用途二、設(shè)計思路及擬要解決的問題1、生產(chǎn)方法2、設(shè)計思路三、聚丙烯酸鈉樹脂的合成原理1、合成原料以及原料的各種性質(zhì)2、反應(yīng)方程式四、聚丙烯酸鈉樹脂合成工藝過程介紹1、水溶液聚合方法2、反向懸浮聚合五、生產(chǎn)流程圖六、生產(chǎn)中注意的問題七、聚丙烯酸鈉樹脂工藝前景 八、參考文獻懸浮聚合生產(chǎn)聚丙烯酸鈉樹

2、脂的合成工藝一、設(shè)計背景1、聚丙烯酸鈉簡介聚丙烯酸鈉，英文名 Sodium polyacrylate ,縮寫PAASE簡稱PAA-Na結(jié)構(gòu) 式為,CH2,CH（COONa）n,。是一種水溶性高分子化合物。商品形態(tài)的聚丙烯酸鈉， 相對分子質(zhì)量小到幾百，大到幾千萬，外觀為無色或淡黃色液體、粘稠液體、凝 膠、樹脂或固體粉末，易溶于水。因中和程度不同，水溶液的pH一般在6-9。能電離，有或無腐蝕性。易溶于氫氧化鈉水溶液，但在氫氧化鈣、氫氧化鎂等水溶液 中隨堿土金屬離子數(shù)量增加，先溶解后沉淀。無毒。0分子式:C3H3O2Nan分子量：一般10?3-10?7數(shù)量級水溶性直鏈高分子聚合物。小相對分子質(zhì)量的為

3、液體，大的可為固體。固體的 商品為白色粉末或顆粒，無臭無味，遇水膨脹，易溶于苛性鈉水溶液。吸濕性極 強。具有親水和疏水基團的高分子化合物。緩慢溶于水形成極粘稠的透明液體，具 0.5%容液的本度約Pa?s,粘性并非吸水膨潤（如CMC海藻酸鈉）產(chǎn)生，而是由于分 子內(nèi)許多陰離子基團的離子現(xiàn)象使分子鏈增長，表現(xiàn)粘度增大而形成高粘性溶液。 其粘度約為CMC海藻酸鈉的15-20倍。加熱處理、中性鹽類、有機酸類對其粘性 影響很小，堿性時則粘性增大。不溶于乙醇、丙酮等有機溶劑。強熱至 300度不分解。久存粘度變化 極小，不易腐敗。因系電解質(zhì)，易受酸及金屬離子的影響，粘度降低。遇足量二價 以上金屬離子（如鋁、鉛

4、、鐵、鈣、鎂、鋅）形成其不溶性鹽，引起分子交聯(lián)而凝膠 化沉淀。但是二價金屬離子量少時仍為溶液，因此可作為洗滌助劑，起到防止污垢 再沉積的作用。pH=4.0以下時可能產(chǎn)生沉淀。隨著相對分子質(zhì)量增大，聚丙烯酸 鈉自無色稀溶液至透明彈性膠體乃至固體。性質(zhì)、用途也隨相對分子質(zhì)量不同而有 明顯區(qū)別。相對分子質(zhì)量在1000-10000的，可作為分散劑，應(yīng)用于水處理（分散劑 或阻垢劑）、造紙、紡織印染、陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域。用作造紙涂布分散劑時，相對分 子質(zhì)量在2000-4000,涂料濃度在65,70,時，仍可有良好流變性和熟化穩(wěn)定性。分子量在1000-3000之間的，用作水質(zhì)穩(wěn)定劑和黑液濃縮時結(jié)垢控制劑。分子量

5、在10以上的，用作涂料增稠劑和保水劑，可使竣基化丁苯膠乳、丙烯酸酯乳液等合成膠乳黏度增長，避免水分析出，保持涂料體系穩(wěn)定。分子量在10以上的，用作絮凝劑。還可用作高吸水性樹脂，土壤改良劑，以及在食品工業(yè)中作增黏劑、乳化 分散劑等。2、聚丙烯酸鈉樹脂的產(chǎn)品性能和用途食品級聚丙烯酸鈉的用途1、增稠劑。2、作為電解質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用，改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強食品的粘彈性，改善組織。3、由于在水中溶解較慢，可預(yù)先與砂糖、粉末淀粉糖漿、乳化劑等混合，以提高溶解速度。4、作糖液、鹽水、飲料等的澄清劑（高分子凝聚劑）。水處理劑一一分散劑水處理劑一一絮凝劑造紙化學(xué)品造紙涂料上作為分散劑。最合適的相對分子質(zhì)量是20

6、00-30000商品形態(tài)一般是30% 42%|含量。本度小于600mPa.So外觀無色透明至琥珀色液體。pH在6-9之間。其他領(lǐng)域水性涂料，其分散作用；紡織印染助劑，起漿料分散作用；陶瓷加工助劑，起分散作用；洗滌劑中作為洗滌助劑，起分散作用或防污垢再沉積作用 ；油田上作為堵漏劑；農(nóng)業(yè)上作為土壤保濕劑；醫(yī)藥上作為藥物載體；化肥工業(yè)作為化肥的控釋劑；作為高吸水樹脂應(yīng)用于尿布等。二、設(shè)計思路及擬要解決的問題1、生產(chǎn)方法（一）水溶液聚合方法（二）反向懸浮聚合（三）反向乳液聚合（四）微波法（五）輻射聚合2、設(shè)計思路未經(jīng)交聯(lián)的聚丙烯酸鈉是一種水溶性的聚電解質(zhì)類聚合物，通過交聯(lián)可賦予聚 丙烯酸鈉高吸水性。聚

7、丙烯酸鈉的竣酸鈉側(cè)基遇水后 ，+電離成竣酸根與Na ,Na在水中可移動離子,主鏈網(wǎng)絡(luò)骨架則均為帶+負電的陰離子，不能移動，其間的排斥作用產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擴張的動力。 Na具有一定 的活動性，但由于受網(wǎng)絡(luò)骨架相反電荷的吸引、束縛，使得+Na存在于網(wǎng)絡(luò)中，這 樣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部Na濃度大于外部水中Na濃度，離子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓力，加上聚電解 質(zhì)本身的-COONaS團親水能力很強，水能在很短時間內(nèi)大量進入網(wǎng)絡(luò)。由于水的進 一步滲透，部分+ Na脫離高分子鏈向溶劑區(qū)擴散，導(dǎo)致滲透壓下降，又導(dǎo)致高分子上 帶凈電荷，由于靜電排斥，引起高分子鏈擴展，高分子鏈擴展又導(dǎo)致高分子網(wǎng)絡(luò)的彈性收縮，這幾種作用達到平衡時，就決定了其

8、吸水性能。高吸水性樹脂三維空間網(wǎng)絡(luò)孔徑愈大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈大，吸水倍率就愈高。反之，孔徑愈小，吸水倍率愈低。聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂能吸收大量水，并且保水性能優(yōu)秀。如果環(huán)境干燥，會 放水，環(huán)境潮濕會吸水。添加少量的高吸水性聚丙烯酸鈉的土壤 ，能提高某些豆類的 發(fā)芽率和豆苗的抗旱能力，并且使土壤的透氣性增加。高吸水性聚丙烯酸鈉可作增稠劑用，少量的加入使粘度增加很大，用于化妝品乳液等的增稠劑三、聚丙烯酸鈉樹脂的合成原理1、合成原料以及原料的各種性質(zhì)主要原材料丙烯酸：化學(xué)純氫氧化鈉：化學(xué)純過硫酸鉀：分析純N, N -亞甲基雙丙烯酰胺：分析純Span 60:化學(xué)純，成分為單硬脂酸脫水山梨醇酯吐溫40:化學(xué)純

9、，成分為聚氧乙烯山梨醇酊單棕楣酯碳酸鈣環(huán)己烷：工業(yè)級主要儀器電動攪拌器；溫度計；四口瓶；恒壓滴液漏斗；球形冷凝管；磁力攪拌器；恒 溫水浴等。2、反應(yīng)方程式“CMj = Clt COOH -土CH ,COO同mN回 *干匚坨 CHicnoxt（3）丙烯作中和后內(nèi)聚合hNOI“CH； 口 11 conn Clh* aiClklNi3皿-產(chǎn)roc 調(diào).四、聚丙烯酸鈉樹脂合成工藝過程介紹1、水溶液聚合法（1 ）于1 000 mL的燒杯中稱取200 g丙烯酸，以24%勺氫氧化鈉中和，中和 度為75%中和過程不斷冷卻，當(dāng)溫度到室溫時，加入 0. 3 g 的過硫酸鉀和0. 24 g N, N-亞甲基雙丙烯酰

10、胺，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加入適量的添加劑，攪勻， 倒入托盤，于80?的恒溫烘箱中反應(yīng)2 h ,然后升溫到120?干燥5 h ,破碎，取 40,145目的樣品進行性能測試。（2 ）取上述產(chǎn)品100 g ,分別加入A液（5 mL甲醇+適量環(huán)氧氯烷）、B液 （5 mL甲醇+適量甘油）、C液（5 mL甲醇+適量乙二醇二縮水甘油醴）和口液 （多元醇復(fù)配溶液），充分混合，然后放入120?叵溫烘箱中進行表面交聯(lián)反應(yīng)1 h,以備性能測試。吸水倍率（吸蒸儲水和吸生理鹽水）采用茶袋法測定，吸水速 度采用渦流法測定。2、反向懸浮聚合1、復(fù)合樹脂的合成在裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計的三口瓶中加入 0（8g分散劑（Spa

11、n 6O 或吐溫40或碳酸鈣）和一定量的環(huán)己烷，加熱45?,攪拌30 min使分散劑充分溶 解。稱取一定量丙烯酸用濃度為 7（5mol,L的氫氧化鈉溶液中和至設(shè)定中和度，冷 卻后依次加一定量的引發(fā)劑過硫酸鉀和交聯(lián)劑N, N _亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌混合，充分溶解后加入三口瓶中升溫至 70?攪拌反應(yīng)1(5 h左右，將反應(yīng)混合物冷 卻、抽濾、真空干燥后進行性能測定。2、性能測定(1)吸水率吸水率是指1 g樹脂在一定溫度、時間下所吸收去離子水的量，可按式 (1)計算.一 醇1 1和1 。=X 1005t叫式中匕Q吸水率，果；隔廣一花吸水理脂的再量虜工 叫把什哂朱黃蝌胎的施顯,工(2)保水率稱取一定量

12、充分吸水的樹脂凝膠，放入恒溫烘箱中，測定不同時間時樹脂凝膠的質(zhì)量，保水率可按式(2)計算:H = x 100%吟式中源水率.徵：府 定時膻水后附臟器腔的撼度 小 一充分啜忒后樹脂圈般的質(zhì)量牌.合成聚丙烯酸鈉的最佳工藝條件為單體，引發(fā)劑，交聯(lián)劑二100,0(04,0(02 ,水油比1,2(2 ,中和度75,反應(yīng)溫度70?,反應(yīng)時間1(5 h 。在該條件下合成的樹脂的吸水率達606,五、生產(chǎn)流程圖圖I瞿丙此酸鈉合成工藝流程六、生產(chǎn)中注意的問題1、中和過程中，氫氧化鈉水溶液應(yīng)滴加到丙烯酸中，時期緩慢放熱，中和度用摩爾比計算2、攪拌太激烈時，易生成砂粒狀聚合體；攪拌太慢時，易生成結(jié)塊，附著在反應(yīng)器內(nèi)壁

13、或攪拌棒上，不宜隨意改變攪拌速度七、聚丙烯酸鈉樹脂工藝前景高吸水性樹脂是一類新型功能高分子材料，具有高吸水性和高保水性，干燥后 還可重復(fù)使用，同時又具有良好的加工性能和使用性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、建筑、園藝、衛(wèi)生等領(lǐng)域。1980年美國 首先實現(xiàn)了高吸水性樹脂的工業(yè)化生 產(chǎn)，隨后日本、法國、英國、意大利等國都有不同規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。但世界年產(chǎn) 量很小，遠不能滿足市場需要。我國對高吸水性樹脂的研究起步晚，在粒度、吸水速率和吸水率等方面與國外 有明顯差距，且不能連續(xù)化生產(chǎn)，一直停留在實驗室階段。大慶華科股份有限公司 引進率先通過部級鑒定的成果，投人大量人力、物力、財力進行生產(chǎn)性開發(fā)，順利 通過中試，研制成功“分項控制合成法