聚丙烯酰胺(PAM)物化性質(zhì)

[db:作者] / 2023-01-06 00:00

聚丙烯酰胺(PAM)

[結(jié)構(gòu)式]

聚丙烯酰胺擴(kuò)鏈呈線型，具有親水的酰氨基(—CONH2)，因此能溶于水。

[物化性質(zhì)]白色粉末或半透明珠粒和薄片。密度1.30g/cm3(23℃)。玻璃化溫度153℃。軟化溫度210℃。溶于水，水溶液為均勻清澈的液體。聚丙烯酰胺不溶于絕大多數(shù)有機(jī)溶劑中，故其水溶液中添加大量的水溶性有機(jī)溶劑時(shí)(丙酮、甲醇等)，它會(huì)從水溶液中沉降出來(lái)。水溶液的黏度隨其濃度增加而提高，在同一濃度下，分子量越大，黏度也越大。易發(fā)生水解反應(yīng)，pH中性時(shí)水解速率最低，一般低于1%。但在堿性條件下，酰氨基很易水解成丙烯酸，成為二元共聚物。

[制備方法]聚丙烯酰胺的制備方法很多，詳見(jiàn)第3章聚合絮凝劑聚丙烯酰胺的制備。聚丙烯酰胺作為阻垢劑的主要制備方法按照聚合實(shí)施方法可分為水溶液聚合法、反相懸浮聚合法、反相乳液聚合法、反相微浮液聚合法等。

(1)水溶液聚合法

水溶液聚合是將單體丙烯酰胺和引發(fā)劑溶解在水中進(jìn)行的聚合反應(yīng)，是聚丙烯酰胺工業(yè)生產(chǎn)最早、國(guó)內(nèi)用得最多的方法。與本體聚合相比，溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)是：有溶劑為傳熱介質(zhì)，聚合溫度容易控制；體系中的聚合物濃度較低，容易消除自動(dòng)加速現(xiàn)象；聚合物分子量較均一；不易進(jìn)行鏈自由基大分子轉(zhuǎn)移而生成支化或交聯(lián)的產(chǎn)物；反應(yīng)后物料也可以直接使用。該法具有安全、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前也是國(guó)內(nèi)聚丙烯酰胺主要的生產(chǎn)方法。

實(shí)例：聚丙烯酰胺乳液的制備方法

①將去離子水加入容器內(nèi)，在40～70r/min的攪拌速度下，加入丙烯酰胺、硫酸銨、分散劑、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，溶解均勻制成原料液待用。

②將原料液泵入反應(yīng)釜中，通氮?dú)獬酰⑸郎刂?0～50℃，加入種子乳液20～100份，在50～60r/min的速度下進(jìn)行攪拌。

③將引發(fā)劑、還原劑加水溶解后，加入原料液中，在40～60r/min的攪拌速度下反應(yīng)10～20h。

④加無(wú)水硫酸鈉，繼續(xù)攪拌30min。

⑤加入醋酸，繼續(xù)攪拌30min出料，即得到產(chǎn)品。

(2)反相乳液聚合法

反相乳液聚合是指把水溶性單體在乳化劑的作用下分散到非極性有機(jī)溶劑中，用油溶性或水溶性引發(fā)劑引發(fā)的聚合。反相乳液聚合法的優(yōu)點(diǎn)在于：由于聚合反應(yīng)是分散于油相中的微粒中進(jìn)行，不易發(fā)生爆聚現(xiàn)象，聚合過(guò)程中放出的熱量散發(fā)均勻，反應(yīng)體系平穩(wěn)，易控制，故所得產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量高且分布窄。

但該法工藝過(guò)程較難控制，引入有機(jī)溶劑后不僅成本增加，并且所得產(chǎn)品需經(jīng)破乳及去雜處理，回收處理廢溶劑也非常麻煩，而且會(huì)帶來(lái)污染，工藝繁雜。目前還沒(méi)有很好的辦法來(lái)解決這些問(wèn)題，還沒(méi)有在生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用。

李小蘭等研究引發(fā)劑、油水比和加料方式對(duì)合成超高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺的影響。選出最佳的引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀連二亞硫酸鈉，過(guò)硫酸鉀濃度為0.04mmol/L，連二亞硫酸鈉的濃度為0.03mmol/L。油相液體石蠟和水的質(zhì)量比為1.1：1。分兩次分別滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%和35%的丙烯酰胺(AM)溶液，實(shí)驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌速度和反應(yīng)溫度(控制在40～60℃)，PAM相對(duì)分子質(zhì)量為16.6×106。

Reekmas在專(zhuān)利USP6686417中以兩親性高分子低HLB值嵌段聚合丁基硬脂酸酯為乳化劑，以植物油為連續(xù)相，制備聚丙烯酰胺。

(3)沉淀聚合法

所謂沉淀聚合法是指在溶液聚合的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)娜軇┖吞砑觿箚误w溶于介質(zhì)中，生成的聚合物不溶于介質(zhì)中而沉淀下來(lái)，可直接得到顆粒狀產(chǎn)品，這種方法稱(chēng)為沉淀聚合法。

沉淀聚合法的優(yōu)點(diǎn)是：聚合熱易于散發(fā)，而且體系黏度小，大大提高了聚合過(guò)程的易操作性；反應(yīng)后期剩余的單體仍然可以自由擴(kuò)散，這有利于提高轉(zhuǎn)化率和增大分子量；沉淀聚合產(chǎn)物分子量分布窄，殘留單體大部分保留在溶劑中，有利于獲取高純低毒產(chǎn)品；反應(yīng)物料可用泵送，產(chǎn)物經(jīng)分離或過(guò)濾，氣流干燥得到疏松粉狀產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了后處理過(guò)程。

(4)輻射聚合法

輻射聚合的方法為將丙烯酰胺水溶液加入容器中，然后抽真空、充入氮?dú)狻⒎忾]容器，在一點(diǎn)溫度下用60Coγ射線輻射使其發(fā)生聚合反應(yīng)，得到產(chǎn)品。此法成本低，但存在反應(yīng)難以控制、產(chǎn)物難以分離、殘留未反應(yīng)單體多等缺點(diǎn)。

[技術(shù)指標(biāo)] GB 17514-1998水處理劑聚丙烯酰胺

[應(yīng)用]聚丙烯酰胺作為工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的阻垢劑使用，多數(shù)情況下需要與其他阻垢劑復(fù)配使用并且要求相對(duì)分子質(zhì)量在8000～10000范圍內(nèi)，高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺一般用作絮凝劑使用。相對(duì)分子質(zhì)量在105～106范圍內(nèi)的聚丙烯酰胺在與其他阻垢劑配合使用時(shí)具有剝離污泥的作用。

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