聚丙烯酰胺(PAM)物化性質

[db:作者] / 2023-01-06 00:00

聚丙烯酰胺(PAM)

[結構式]

聚丙烯酰胺擴鏈呈線型，具有親水的酰氨基(—CONH2)，因此能溶于水。

[物化性質]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有機溶劑中，故其水溶液中添加大量的水溶性有機溶劑時(丙酮、甲醇等)，它會從水溶液中沉降出來。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。易發生水解反應，pH中性時水解速率最低，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劑溶解在水中進行的聚合反應，是聚丙烯酰胺工業生產最早、國內用得最多的方法。與本體聚合相比，溶液聚合的優點是：有溶劑為傳熱介質，聚合溫度容易控制；體系中的聚合物濃度較低，容易消除自動加速現象；聚合物分子量較均一；不易進行鏈自由基大分子轉移而生成支化或交聯的產物；反應后物料也可以直接使用。該法具有安全、工藝設備簡單、成本較低等優點，目前也是國內聚丙烯酰胺主要的生產方法。

實例：聚丙烯酰胺乳液的制備方法

①將去離子水加入容器內，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將原料液泵入反應釜中，通氮氣除氧，并升溫至20～50℃，加入種子乳液20～100份，在50～60r/min的速度下進行攪拌。

③將引發劑、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10～20h。

④加無水硫酸鈉，繼續攪拌30min。

⑤加入醋酸，繼續攪拌30min出料，即得到產品。

(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溶劑中，用油溶性或水溶性引發劑引發的聚合。反相乳液聚合法的優點在于：由于聚合反應是分散于油相中的微粒中進行，不易發生爆聚現象，聚合過程中放出的熱量散發均勻，反應體系平穩，易控制，故所得產品相對分子質量高且分布窄。

但該法工藝過程較難控制，引入有機溶劑后不僅成本增加，并且所得產品需經破乳及去雜處理，回收處理廢溶劑也非常麻煩，而且會帶來污染，工藝繁雜。目前還沒有很好的辦法來解決這些問題，還沒有在生產中得到大規模應用。

李小蘭等研究引發劑、油水比和加料方式對合成超高相對分子質量聚丙烯酰胺的影響。選出最佳的引發劑為過硫酸鉀連二亞硫酸鈉，過硫酸鉀濃度為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量比為1.1：1。分兩次分別滴加質量分數為27%和35%的丙烯酰胺(AM)溶液，實驗應嚴格控制攪拌速度和反應溫度(控制在40～60℃)，PAM相對分子質量為16.6×106。

Reekmas在專利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上，采用適當的溶劑和添加劑，使單體溶于介質中，生成的聚合物不溶于介質中而沉淀下來，可直接得到顆粒狀產品，這種方法稱為沉淀聚合法。

沉淀聚合法的優點是：聚合熱易于散發，而且體系黏度小，大大提高了聚合過程的易操作性；反應后期剩余的單體仍然可以自由擴散，這有利于提高轉化率和增大分子量；沉淀聚合產物分子量分布窄，殘留單體大部分保留在溶劑中，有利于獲取高純低毒產品；反應物料可用泵送，產物經分離或過濾，氣流干燥得到疏松粉狀產品，簡化了后處理過程。

(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、充入氮氣、封閉容器，在一點溫度下用60Coγ射線輻射使其發生聚合反應，得到產品。此法成本低，但存在反應難以控制、產物難以分離、殘留未反應單體多等缺點。

[技術指標] GB 17514-1998水處理劑聚丙烯酰胺

[應用]聚丙烯酰胺作為工業冷卻水系統的阻垢劑使用，多數情況下需要與其他阻垢劑復配使用并且要求相對分子質量在8000～10000范圍內，高相對分子質量的聚丙烯酰胺一般用作絮凝劑使用。相對分子質量在105～106范圍內的聚丙烯酰胺在與其他阻垢劑配合使用時具有剝離污泥的作用。

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