反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠工艺研究

王兴国

摘 要：聚丙烯酸钠以其良好的物化性质在化工、石油、食品、纺织、医疗等众多领域得到广泛应用。基于聚丙烯酸钠应用重要性的不断提升，其生产工艺得到人们越来越多的关注。基于此，本文以高分子量聚丙烯酸钠为研究对象，采用理论与实践相结合研究法，从高分子量聚丙烯酸钠特征入手，就反相悬浮法合成工艺进行了简要分析，以供参考。

关键词：反相悬浮法;高分子量聚丙烯酸钠;丙烯酸钠

目前水溶液聚合法、反相乳液聚合法是聚丙烯酸钠较为常用的合成工艺，但在实践操作过程中，水溶液聚合法存在操作难度大、聚合组分少等弊端，反相乳液聚合法存在乳液稳定性控制难度大、生产成本高等弊端。而反相悬浮法的提出与科学运用，能够有效改善上述弊端，提升高分子量聚丙烯酸钠合成质量。

1 反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠工艺理论分析

1.1 高分子量聚丙烯酸钠

高分子聚丙烯酸钠是丙烯酸类聚合物中的重要组成部分，主要由丙烯酸或者丙烯酸酯通过聚合法、皂化法、中和法等不同方法制备而成，属于高分子水溶性聚合产物，具有不完全溶解缺陷。由于聚丙烯酸钠易溶于水，其水溶液具有相对较好的润湿性、成膜性、保水性、耐温性，且能够长期保存，应用到不同场合中，包括水处理、食品生产加工、医药制造、石油开采、纺织制造、工业铸造等[1]。基于高分子量聚丙烯酸钠在各领域应用重要性的不断提升，加强高分子量聚丙烯酸钠生产质量与效率成为相关企业以及工作人员思考的重点内容。

1.2 聚丙烯酸钠常见生产工艺分析

目前，在聚丙烯酸钠生产过程中，生产工艺主要有以下几种：（1）水解法生产工艺。即将丙烯酰胺进行聚合使其转化为聚丙烯酰胺，并在碱性环境中对其进行水解，实现聚丙烯酸钠的有效制备。（2）皂化法生产工艺。即聚合丙烯酸甲酯，并利用氢氧化钠在高温环境下处理聚合后的乳胶或者悬浮液，实现聚丙烯酸钠的有效制备。（3）中和法生产工艺。即立足氧化还原反应制备聚丙烯酸，通过酸碱中和反应，实现聚丙烯酸钠的有效制备。（4）聚合法生产工艺。即通过酸碱中和制备丙烯酸钠单体，并在引发剂作用下，实现高分子量聚丙烯酸钠的有效制备。基于聚丙烯酸钠相关研究的不断深入，聚合法生产工艺呈现多样化发展态势，包括本体聚合（在引发剂作用下，通过有效控制聚合热的排出，将丙烯酸与丙烯酸盐类单体进行聚合，得到所需产物）、水相沉淀聚合（依托特殊沉淀剂改变聚丙烯酸钠溶解度，将聚丙烯酸钠与水分离，在处理后得到所需产物）、反相乳液聚合（在油性介质中依托乳化剂实现单体聚合，制备聚丙烯酸钠、高分子量聚丙烯酸钠）、水溶液聚合（利用丙烯酸钠水溶液、连续水溶液聚合装置制备高分子量聚丙烯酸钠或在水中借助氧化/还原引发剂、过硫酸钠等使丙烯酸单体聚合，制备高分子量聚丙烯酸钠）等[2]。目前，水溶液聚合法是高分子量聚丙烯酸钠常用合成工艺，具备操作设备检点、反应热排除简单等优势，但也存在操作难度大、聚合组分少等不足。

1.3 反相悬浮法合成工艺优势分析

反相悬浮聚合技术最早应用于聚乙烯等单体溶液聚合，在实践操作过程中，能够利用分散剂（如亲水性高岭土、亲水性有机溶剂等）将反应物质分散到油性介质中，并在氧化—还原引发剂、有机溶液回流等作用下，使单体水溶液产生水相聚合。随着反相悬浮聚合技术理论与实践研究的不断深入，众多学者、研究人员将其应用到聚丙烯酸钠合成中，用以解决水溶液聚合技术、反相乳液聚合、皂化聚合技术等应用过程中存在的不足，提高高分子量聚丙烯酸钠合成质量与效率。例如，对比分析反相悬浮聚合技术与水溶液聚合技术，发展两者在引发体系（一氧化—还原引/发体系为主）、聚合温度（50℃～100℃）上存在相似性，在聚合场所、产品形态、固含量、散热情况、产品分子量等方面存在较大差异性。相对水溶液聚合技术而言，反相悬浮聚合技术的固含量较高，可达到60%左右，且能够在一定程度上降低散热难度，解决聚合后期体系粘度问题，大幅度提升聚丙烯酸钠分子量，且后续处理操作简短，易于运输、存储。因此，加强反相悬浮聚合技术研究与推广应用對高分子量聚丙烯酸钠生产具有重要意义。

2 反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠工艺实践分析

在对反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠工艺具有一定了解后，利用实验分析明确影响因素，确定最佳合成方案。

2.1 实验原材料选择

选择济南广宇化工有限公司生产的丙烯酸，工业级;北京索莱宝科技有限公司生产的过硫酸铵、亚硫酸钠，分析纯;华东医药有限公司生产的氯化钾、二二乙醇胺，分析纯;广州化学试剂公司生产的尿素，分析纯;南通丰源化工有限公司生产的Span-60，分析纯，等等，作为本次实验主材料。

2.2 实验内容与流程

严格遵守“丙烯酸中和——聚合——共沸脱水——除溶剂应用/回收——干燥”等流程进行操作。将氢氧化钠水溶液滴入丙烯酸单体中进行中和，在保证反应完全后，加入引发剂、相应助剂。并利用封管、恒温槽进行升温处理，使其达到指定温度后完成聚合、脱水并得到颗粒状产品。

2.3 实验结果与讨论

在实验过程中需对反应速度、分子量等进行测定，做好温度、搅拌速度、分散剂等控制对体系稳定性存在的影响。根据实验结果分析，发现乳化剂选择不同、搅拌速度不同、聚合升温温度不同、分散剂应用不同对体系稳定性的影响也不同。（1）丙烯酸单体中和度最佳为93%;（2）乳化剂最好选择Span-60，HLB值为1.7;（3）搅拌转速最好控制在250r/min，过块或过慢均会影响产品质量;（4）聚合反应温度控制在60℃，可保证体系稳定，产品颗粒均匀;（5）过硫酸铵/氧化还原体系做引发剂效果更佳。

3 结论

总而言之，反相悬浮法可有效解决上高分子量聚丙烯酸钠水溶液聚合工艺不足，在实践操作过程中丙烯酸单体中和度为93%，Span-60乳化剂HLB为4.7，搅拌转速为每分钟250转时，体系稳定性较强;适当添加引发剂、转移剂并有效控制温度，可进一步提高分子量。

参考文献：

[1]王少鹏，李靖靖.正交试验法优化高分子量聚丙烯酸钠合成工艺[J].中州大学学报，2017，34（02）：109-112.

[2]徐武军，聂昆，李久明.聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成、应用及发展现状[J].福建建材，2016（12）：20-21+70.