聚丙烯酸钠的合成方法及其研究进展

聚丙烯酸钠(polyacrylate sodium)是一种重要的精细化工产品，具有良好的离解性、润湿性、保水性、成膜性(浸渍或涂布时)、冻融稳定性、机械稳定性，经长期贮存后黏度无明显变化，被广泛地应用于涂料、冶金、医药、化妆品、造纸、纺织、石油开采、水处理、食品保鲜等各个领域，越来越受到各方面的重视。制备它的单体主要有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺等。

一、用途

聚丙烯酸钠因其相对分子质量的不同而具有不同的用途。高相对分子质量的聚丙烯酸钠（106～107）用作絮凝剂及高吸水性树脂。聚丙烯酸钠用作絮凝剂有以下几个方面的用途：天然水澄清，去除污水中的磷酸盐，从氧化铝中分离赤泥及用做土壤改良剂等。聚丙烯酸钠类吸水性树脂是近年来国内外广泛开发研究的一种新型功能高分子材料，它是一种具有松散网络结构的低交联度的强亲水性高分子化合物，具有超高的吸水和保水性能，无毒无臭，在医疗卫生、石油化工、土壤保水等方面得到广泛应用。中相对分子质量聚丙烯酸钠（104～106）可用作增稠剂和保水剂，低相对分子质量聚丙烯酸钠（103～104）可用作分散剂、阻垢剂，超相对低分子质量（700以下）聚丙烯酸钠的用途还未被完全开发。

二、工艺路线及其合成方法

聚丙烯酸钠的生产工艺路线如下。

1.聚合法

先用丙烯酸和烧碱反应生成丙烯酸钠单体，再将单体在过硫酸盐、还原剂引发下聚合成聚丙烯酸钠。

2.中和法

首先将丙烯酸在氧化还原剂作用下聚合成聚丙烯酸，然后将聚丙烯酸与烧碱中和生成聚丙烯酸钠。

3.皂化法

先由丙烯酸与甲醇反应生成丙烯酸甲酯，将丙烯酸甲酯聚合后的悬浮液或乳胶在氢氧化钠水溶液中加热，制得聚丙烯酸钠。

4.水解法

先有丙烯酰胺聚合生成聚丙烯酰胺，然后在碱性条件下将聚丙烯酰胺水解生成聚丙烯酸钠。

目前一般使用聚合工艺路线，中和后的丙烯酸钠聚合速率平稳，工业反应容易控制。

聚丙烯酸钠主要合成方法有本体聚合、水溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合、辐射聚合等。本体聚合、水溶液聚合是高分子化学中常用的聚合方法。反相悬浮聚合法是将反应物分散在油溶性介质中，单体水溶液作为水相液滴或粒子，水溶性引发剂溶解于水相中引发聚合的方法。从20世纪90年代开始，研究者将反相悬浮聚合工艺应用于丙烯酸钠聚合，不仅解决了黏度高及搅拌传热困难等难题，并兼有聚合速度大和产物相对分子质量高等优点，且反应条件温和，可直接制成粉状或粒状产物。对于反相悬浮聚合而言，有效的悬浮分散剂包括亲水性高岭土、硅烷化的硅酸或者矿物填料等，其他的悬浮分散剂有山梨糖醇油酸酯和带有-COOH、-SO3H和-NH2等亲水性取代基的可溶性聚合物，也可以采用一些含有亲油亲水基的嵌段共聚物。反相悬浮聚合法还存在受搅拌速率影响大、易聚结、共沸时体系不稳定、易产生凝胶、出水时间长等问题。反相乳液聚合法是将反应物分散在油性介质中，通过乳化剂的作用，在搅拌或剧烈震荡下分散成乳液状进行聚合的方法。该方法与一般的乳液聚合的不同之处在于：单体是亲水性或水溶性的，水相中的单体分散在油性介质中，为“油包水”型聚合系统。采用乳化剂的亲水亲油平衡值（HLB）为3～8。反相乳液聚合法具有广阔的发展前景，引起了国内外高分子学者的高度重视。辐射聚合可归结为本体聚合，该方法在生产过程中不添加任何助剂，产品纯度高。近年来虽然有对高吸水性树脂的辐射聚合研究，但工业化尚有困难。

三、研究方向及展望

随着国民经济的飞速发展，水处理的必要性日益突出，絮凝技术是提高水处理效率的最常用技术之一。特别是作为絮凝剂的高相对分子质量聚丙烯酸钠，已经成为国内外科研人员竞相研究的课题。研究丙烯酸及其共聚单体的反相乳液聚合，首先应对乳化剂的选配、引发剂体系的选择及其用量、聚合温度及时间的确定等方面进行探讨，研究体系的中和度、共聚单体的种类和配比、单体总浓度、非极性溶剂的种类和混配等。应继续发展和完善现有的聚合方法和工艺条件，对各个聚合机理及聚合动力学进行深入研究，开发新的高效、合理的聚合引发体系，探讨高性能的缓聚剂，探索更有效的聚合方法（比如半连续聚合方法、微乳液聚合方法、反相微乳业聚合方法），研究如何提高相对分子质量以优化其性能，研究高固含量聚合和新技术在各聚合方法中的应用，研制高分子型的乳化剂，探索反相微乳液聚合方法，从而使聚丙烯酸钠从实验室研究向产业化、工业化进军。随着经济建设的蓬勃发展，科学技术的不断进步，对高分子水溶性的聚合物尤其聚丙烯酸类的产品性能要求会越来越高，其势必会有更广阔的发展前景。

(作者单位：郑州煤炭工业技师学院，郑州大学

化工与能源学院工程硕士在读)