專利名稱：基于控制反應體系ph值的酸液增稠劑合成工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝。
背景技術：
增稠劑是一種流變助劑，不僅可以使涂料增稠，防止施工中出現流掛現象，而且能賦予涂料優異的機械性能和貯存穩定性。對于黏度較低的水性涂料來說，是非常重要的一類助劑。目前市場上可選用的增稠劑品種很多，主要有無機增稠劑、纖維素類、聚丙烯酸酯和締合型聚氨酯增稠劑四類。纖維素類增稠劑的使用歷史較長、品種很多，有甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等，曾是增稠劑的主流，其中最常用的是羥乙基纖維素。聚丙烯酸酯增稠劑基本上可分為兩種一種是水溶性的聚丙烯酸鹽；另一種是丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠劑，這種增稠劑本身是酸性的，須用堿或氨水中和至PH8 9才能達到增稠效果，也稱為丙烯酸堿溶脹增稠劑。聚氨酯類增稠劑是近年來新開發的締合型增稠劑。無機增稠劑是一類吸水膨脹而形成觸變性的凝膠礦物。主要有膨潤土、凹凸棒土、硅酸鋁等，其中膨潤土最為常用。纖維素類增稠劑纖維素類增稠劑的增稠機理是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動的空間，從而提高了體系黏度。也可以通過分子鏈的纏繞實現黏度的提高，表現為在靜態和低剪切有高黏度，在高剪切下為低黏度。這是因為靜態或低剪切速度時，纖維素分子鏈處于無序狀態而使體系呈現高粘性；而在高剪切速度時，分子平行于流動方向作有序排列，易于相互滑動，所以體系黏度下降。
聚丙烯酸類增稠劑其增稠機理是增稠劑溶于水中，通過羧酸根離子的同性靜電斥力，分子鏈由螺旋狀伸展為棒狀，從而提高了水相的黏度。另外它還通過在乳膠粒與顏料之間架橋形成網狀結構，增加了體系的黏度。締合型聚氨酯類增稠劑A. J. Reuvers對締合型聚氨酯類增稠劑的增稠機理作了詳細的研究。這類增稠劑的分子結構中引入了親水基團和疏水基團，使其呈現出一定的表面活性劑的性質。當它的水溶液濃度超過某一特定濃度時，形成膠束，膠束和聚合物粒子締合形成網狀結構，使體系黏度增加。另一方面一個分子帶幾個膠束，降低了水分子的遷移性，使水相黏度也提高。這類增稠劑不僅對涂料的流變性產生影響，而且與相鄰的乳膠粒子間存在相互作用，如果這個作用太強的話，容易引起乳膠分層。無機增稠劑膨潤土是一種層狀硅酸鹽，吸水后膨脹形成絮狀物質，具有良好的懸浮性和分散性，與適量的水結合成膠狀體，在水中能釋放出帶電微粒，增大體系黏度。纖維素類增稠劑纖維素類增稠劑的增稠效率高，尤其是對水相的增稠；對涂料涂料的限制少，應用廣泛；可使用的PH范圍大。但存在流平性較差，輥涂時飛濺現象較多、穩定性不好，易受微生物降解等缺點。由于其在高剪切下為低黏度，在靜態和低剪切有高黏度，所以涂布完成后，黏度迅速增加，可以防止流掛，但另一方面造成流平性較差。有研究表明，增稠劑的相對分子質量增加，乳膠涂料的飛濺性也增加。纖維素類增稠劑由于相對分子質量很大，所以易產生飛濺。此類增稠劑是通過“固定水”達到增稠效果，對顏料和乳膠粒子極少吸附，增稠劑的體積膨脹充滿整個水相，把懸浮的顏料和乳膠粒子擠到一邊，容易產生絮凝，因而穩定性不佳。由于是天然高分子，易受微生物攻擊。聚丙烯酸類增稠劑聚丙烯酸類增稠劑具有較強的增稠性和較好的流平性，生物穩定性好，但對pH值敏感、耐水性不佳。締合型聚氨酯類增稠劑這種締合結構在剪切力的作用下受到破壞，黏度降低，當剪切力消失黏度又可恢復，可防止施工過程出現流掛現象。并且其黏度恢復具有一定的滯后性，有利于涂膜流平。聚氨酯增稠劑的相對分子質量(數千至數萬)比前兩類增稠劑的相對分子質量(數十萬至數百萬)低得多，不會助長飛濺。纖維素類增稠劑高度的水溶性會影響涂膜的耐水性，但聚氨酯類增稠劑分子上同時具有親水和疏水基團，疏水基團與涂膜的基體有較強的親合性，可增強涂膜的耐水性。由于乳膠粒子參與了締合，不會產生絮凝，因而可使涂膜光滑，有較高的光澤度。締合型聚氨酯增稠劑許多性能優于其它增稠劑，但由于其獨特的膠束增稠機理，因而涂料配方中那些影響膠束的組分必然會對增稠性產生影響。用此類增稠劑時，應充分考慮各種因素對增稠性能的影響，不要輕易更換涂料所用的乳液、消泡劑、分散劑、成膜助劑等。無機增稠劑水性膨潤土增稠劑具有增稠性強、觸變性好、pH值適應范圍廣、穩定性好等優點。但由于膨潤土是一種無機粉末，吸光性好，能明顯降低涂膜表面光澤，起到類似消光劑的作用。所以，在有光乳膠涂料中使用膨潤土時，要注意控制用量。納米技術實現了無機物顆粒的納米化，也賦予了無機增稠劑一些新的性能。
常用的增稠劑有纖維素醚及其衍生物類、締合型堿溶脹增稠劑和聚氨酯增稠劑。
(I)纖維素醚及其衍生物纖維素醚及其衍生物類增稠劑主要有羥乙基纖維素、甲基羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素等。疏水改性纖維素是在纖維素親水骨架上引入少量長鏈疏水烷基，從而成為締合型增稠劑，其增稠效果可與相對分子質量大得多的纖維素醚增稠劑品種相當。增稠劑有著特定的流變學性質，抗酸性首推海藻酸丙二醇酯；增調性首選瓜爾豆膠；溶液假塑性、冷水中溶解度最強為黃原膠；乳化托附性以阿拉伯膠最佳；凝膠性瓊脂強于其它膠但凝膠透明度尤以卡拉膠為甚；卡拉膠在乳類穩定性方面也優于其它膠。增稠劑又稱膠凝劑，用于食品時又稱糊料或食品膠。它可以提高物系粘度，使物系保持均勻的穩定的懸浮狀態或乳濁狀態，或形成凝膠。廣泛用于食品、涂料、膠黏劑、化妝品、洗滌劑、印染、橡膠、醫藥等領域。再涂料印花中，由增稠劑、水、粘合劑和涂料色漿組成的涂料印花色漿，印花色漿再印花機械力作用下，發生切變力，使印花色漿的粘度再瞬間大幅度降低；當切變力消失時，又恢復至原來的高粘度，使織物印花輪廓清晰。這種隨切變力的變化而發生的粘度變化，主要是靠增稠劑來實現的。再乳膠漆制造中，增稠劑對乳膠漆的增稠、穩定及流變性能起著多方面協調作用。再乳膠聚合過程中用作保護膠體，提高乳液的穩定性；再顏料、填料分散階段，提高分散物料的粘度而利于分散；再儲運過程中提高涂料穩定性及抗凍融性，防止顏料、填料沉底結塊；再施工中調節乳膠漆粘稠度，并呈良好的觸變性等。在食品中添加千分之幾的食品增稠劑，具有膠凝、成膜、持水、懸浮、乳化、泡沫穩定及潤滑等功效。對流態食品或凍膠食品的色、香、味、結構和食品的相對穩定性起著十分重要的作用。增稠劑大多屬于親水性高分子化合物，按來源分為動物類、植物類、礦物類、合成類或半合成類。簡單分可分為天然和合成兩大類。天然品大多數是從含多糖類粘性物質的植物及海藻類制取，如淀粉、果膠、瓊脂、明膠、海藻脂、角叉膠、糊精、黃耆膠、多糖素衍生物等；合成品有甲基纖維素、羧甲基纖維素等纖維素衍生物、淀粉衍生物、干酪素、聚丙烯酸鈉、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、低分子聚乙烯蠟、聚丙烯酰胺等。飲料生產中常用的增稠劑以及作乳化穩定劑用的增稠劑主要有羧甲基纖維素鈉、藻酸丙二醇酯、卡拉膠、黃原膠、果膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠等。由于經濟危機影響并非短期可回暖，中國⑶P增速下滑，消費信心不足，企業削減開支降低花費，增稠劑經營壓力增大，供大于求的趨勢不可避免。研究表明在我國增稠劑企業中，一直以來，產業集中度低，缺乏規模經濟效益。近年來，由于市場競爭的不斷加劇，企業間的兼并重組和品牌經營進程逐步加快，規模化經營初見成效。集團化和品牌連鎖作為規模化經營的主要模式，在擴大和穩定客源、提高用戶忠誠度、降低成本等方面有較大的優勢。增稠劑發展面臨新的挑戰，增稠劑經營在金融危機的沖擊下，恢復仍需加以時日，而增稠劑投資普遍被認為趨于飽和，增稠劑的發展已初露疲態。未來的投資欲回歸理性，或許需將方向轉向二三線城市。未來投資的方向主要是二三線城市。國內部分二三線城市的增稠劑市場已具備投資商圈地的條件。
我國增稠劑市場的發展暫時還面臨著很多問題，但值得高興的是越來越多的企業已經認識到了增稠劑市場所具有的巨大發展潛力和廣闊發展前景，對其未來發展趨勢也達成了較為統一的認識，相信會給整個增稠劑市場帶來更大的生機與活力。2011年中國增稠劑行業分析投資前景預測報告是在大量周密的市場調研基礎上，主要依據國家統計局、國家發改委、國務院發展研究中心、國家商務部、中國海關總署、相關行業協會、國內外多種相關報刊雜志的基礎信息以及專業研究單位等公布、提供的大量的內容翔實、統計精確的資料和數據。立足于當前經濟整體發展形勢，對后危機時代中國行業的發展形勢與前景、市場競爭格局與企業、投資策略與風險預警、發展趨勢與經營建議等進行深入研究，并重點分析了增稠劑行業的前景與風險。報告揭示了增稠劑市場潛在需求與潛在機會，為戰略投資者選擇恰當的投資時機和公司領導層做戰略規劃提供準確的市場情報信息及科學的決策依據。在酸液增稠劑合成工藝過程中，反應體系的PH值對最終產品的性能也有著顯著的影響。如何確定出一個適合的反應體系PH值，對酸液增稠劑合成工藝顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，該合成工藝能成功合成酸液增稠劑，且合成工藝步驟簡單，操作簡單，合成所需時間短，合成效率，合成成本低，合成出的產品各項性能參數均優于現有的酸液增稠劑，且通過控制反應體系PH值，提高了目標產品的轉化率和特性粘數。本發明的目的通過下述技術方案實現基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，包括以下步驟
(a)首先，進行反應單體的提純；(b)引發劑溶液的配制；(c)根據配比，稱取一定質量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸固體溶于蒸餾水中；(d)取一定量的丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨加入步驟(C)的溶液中，并使三種反應單體充分溶解；(e)混合均勻后，調節溶液的PH值為6 8 ;(f)然后將反應混合溶液移入恒溫的反應容器內，排氧并攪拌；(g)逐滴加入引發劑溶液；(h)最后在惰性氣體保護下，將反應體系加熱進行聚合反應，即得目標產物。所述步驟(a)中，分別對2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化銨進行提純。所述步驟(b)中，所述引發劑為過硫酸銨。所述步驟(d)中，通過移液管量取丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨。所述步驟(e)中，通過氫氧化鈉溶液調節其PH值。所述步驟(f)中，恒溫的 溫度為室溫。所述步驟(f)中，反應容器為三頸瓶。所述步驟(h)中，惰性氣體為氮氣。所述步驟(e)中，調節溶液的PH值為7。綜上所述，本發明的有益效果是能成功合成酸液增稠劑，且合成工藝步驟簡單，操作簡單，合成所需時間短，合成效率，合成成本低，合成出的產品各項性能參數均優于現有的酸液增稠劑，且通過控制反應體系PH值，提高了目標產品的轉化率和特性粘數。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限于此。實施例本發明涉及的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其具體步驟如下(a)首先，進行反應單體的提純；(b)引發劑溶液的配制；(c)根據配比，稱取一定質量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸固體溶于蒸餾水中；(d)取一定量的丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨加入步驟(C)的溶液中，并使三種反應單體充分溶解；(e)混合均勻后,調節溶液的PH值為6 8 ;(f)然后將反應混合溶液移入恒溫的反應容器內，排氧并攪拌；(g)逐滴加入引發劑溶液；(h)最后在惰性氣體保護下，將反應體系加熱進行聚合反應，即得目標產物。所述步驟(a)中，分別對2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化銨進行提純。所述步驟(b)中，所述引發劑為過硫酸銨。所述步驟(d)中，通過移液管量取丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨。所述步驟(e)中，通過氫氧化鈉溶液調節其PH值。所述步驟(f)中，恒溫的溫度為室溫。所述步驟(f)中，反應容器為三頸瓶。所述步驟(h)中，惰性氣體為氮氣。為了得到最佳的反應體系PH值，本發明了做了反應體系PH值對產品的轉化率和
特性粘數的影響實驗，結果如下表所示
權利要求
1.基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，包括以下步驟 (a)首先，進行反應單體的提純； (b)引發劑溶液的配制； (c)根據配比，稱取一定質量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸固體溶于蒸餾水中； (d)取一定量的丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨加入步驟(C)的溶液中，并使三種反應單體充分溶解； (e)混合均勻后，調節溶液的PH值為6 8; (f)然后將反應混合溶液移入恒溫的反應容器內，排氧并攪拌； (g)逐滴加入引發劑溶液； (h)最后在惰性氣體保護下，將反應體系加熱進行聚合反應，即得目標產物。
2.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(a)中，分別對2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化銨進行提純。
3.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(b)中，所述引發劑為過硫酸銨。
4.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(d)中，通過移液管量取丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨。
5.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(e)中，通過氫氧化鈉溶液調節其PH值。
6.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(f)中，恒溫的溫度為室溫。
7.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(f)中，反應容器為三頸瓶。
8.根據權利要求1所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(h)中，惰性氣體為氮氣。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，其特征在于，所述步驟(e)中，調節溶液的PH值為7。
全文摘要
本發明公開了一種基于控制反應體系PH值的酸液增稠劑合成工藝，包括(a)進行反應單體提純；(b)引發劑溶液配制；(c)稱取一定量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸固體溶解；(d)加入丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨，充分溶解；(e)調節溶液PH值為6～8；(f)將混合溶液移入容器內，排氧攪拌；(g)加入引發劑溶液；(h)將反應體系加熱進行聚合反應，即得目標產物。本發明能成功合成酸液增稠劑，且合成工藝步驟簡單，操作簡單，合成所需時間短，合成效率，合成成本低，合成出的產品各項性能參數均優于現有的酸液增稠劑，且通過控制反應體系PH值，提高了目標產品的轉化率和特性粘數。
文檔編號C08F220/06GK103044609SQ20111032625
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者何陽 申請人:何陽