聚丙烯酰胺的性能和应用_严瑞瑄

第12期石油化工·80了·聚丙烯酞胺的性能和应用严瑞暄鲍其熏(化工部科技局)(安庆石化总厂研究院)一、概述聚丙烯酞胺是一种线型的水溶性聚合物,是水溶性聚合物中应用最为广泛的品种之一。它由丙烯酞胺聚合而得,因此,在其分子的主链上带有大量侧基—酞胺基。酸胺基的化学活性很大,可以和多种化合物反应而产生许多聚丙烯酞胺的衍生物。酞胺基的独特之处还在于它能与多种化合物形成很强的氢键。因此,它在许多领域内获得广泛的应用。聚丙烯酞胺产品主要分为粉末和胶体两种。胶体不易运输,使用也不方便,因此,粉末状聚丙烯酞胺一般受到用户欢迎。最近,出现了聚合物分散体,称为聚丙烯酸胺胶乳,具有易溶于水的特性,受到了人们注目。聚丙烯酞胺系列产品按其结构可以分为:聚丙烯酞胺最早是在1893年由Moureu用丙烯酞氯与氨在低温下反应制得〔`〕。一直到1955年,聚丙烯酷胺才获得工业化。最先应用于铀矿工业,从铀盐水溶液中除去微小杂质。现在,国外已广泛地用于造纸、选矿、采油、污水及饮用水处理、建材工业、食品加工等行业。除苏联外,世界十五家大公司的总产量1980年约为4.5万吨。其中美国约占一半,日本占四分之一。1983年世界聚丙烯酞胺系列聚合物的产量约12万吨〔2〕。我国于六十年代初开始生产聚丙烯酞胺,主要用于净化电解用的食盐水,但当时的生产规模很小。直到1977一1979年,由于石油开采工业的需要,其产量才大幅度增长。同时,还研制了水解聚丙烯酞胺、甲叉聚丙烯酞胺、磺化聚丙烯酞胺以及丙烯酞胺和其它某些单体的共聚物,并在许多工业部门获得应用。预计,聚丙烯酞胺系列产品的生产和应用在我国将获得更大发展。、兀CH!一辈梦HZ`一焦2擎沙HZ一乞:汰`’2COON汽二、制备方法3[,5〕0HCC!NIC,S衣“2一气妙”2一牙H’c0NHZ丫0珍H二甲H玉33Na:叭cHZ一写雌”/一写H一厂当兰土~二万,.详、~仁U囚找2、U严琳。R-一聚丙烯酞胺的原料由丙烯睛水合制得。水合反应的催化剂早年采用硫酸,近来,多采用骨架铜,以避免环境污染。丙烯酸胺的聚合反应属于自由基引发体系。引发方法常用引发剂引发和辐射引发两种。引发剂主要是过氧化物和偶氮化合物。辐射引发常用Ce0源的y一射线。聚合方法有本体聚合、水溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合。本体聚合获得的产品不溶于水。水溶液聚合在生产中既方便、安全又经济合理,但得到的产品溶液浓度不易超过10%。如果要获得粉状产,臼HH!C!O玉.808.化工198吐年第13卷物,必需脱水干燥,或加入沉淀剂,这样成本就要大大提高。悬浮法和乳液聚合法较适合制备粒状、粉状聚丙烯酞胺,产品的质量也比较均匀、稳定。其缺点是需要用大量的非水溶剂,生产操作不太安全。然而,不管采用什么方法,产品的后处理都是重要的。后处理的主要目的是脱除未反应的游离单体。因游离单体有毒,因此,应尽量降低其含量。产品中微量的残余引发剂、阻聚剂等也应尽量去除。下面介绍几种具体的聚合方法。1.水溶液聚合法在8一10%丙烯酞胺水溶液(此时所得产品为胶体)或25一30%丙烯酞胺水溶液中(此时所得产品为干粉),加入引发剂,然后升温聚合、冷却、出料,即得聚丙烯酞胺。在聚合前加入计算量的碳酸盐类(前加碱法),或聚合后加入碳酸钠或氢氧化钠(后加碱法),制得部分水解的聚丙烯酞胺。2.乳液聚合法将25一30%丙烯酞胺水溶掖分散在120书汽油中,在乳化剂、引发剂存在下进行反相乳液聚合,然后进行共沸蒸馏以脱除水,经过滤、干燥,即得粉状聚丙烯酚胺。3.辐射聚合在30%丙烯酞胺的水溶液中,加入乙二胺四乙酸二钠等添加剂,脱除氧气后用C留下射线辐射进行引发聚合,再经造粒、干燥、粉碎,即得聚丙烯酞胺。如果造粒时加碱处理则得水解聚丙烯酞胺产品。三、物理性质〔`,“〕1.溶解性聚丙烯酞胺易溶于冷水。分子量对水溶性的影响不太明显。但高分子量的聚丙烯酞胺在浓度超过10%以后,就会形成凝胶状的结构。提高温度可以稍为促进溶解,但溶解温度不要超过50℃,以防发生分子降解。为了获得很好的水分散性,商品聚丙烯酞胺制成片状、粒状为宜。如果允许先使聚丙烯酞胺分散在水溶性醇中,然后再在搅拌下加到水中,将会大大加快溶解速率。聚丙烯酞胺在水中的溶解速率不受pH值的影响,但如果是部份水解的产品,pH值偏碱性,其溶解速率会稍稍增高。PH值大于10.5时,聚丙烯酞胺就会发生水解。未水解的聚丙烯酚胺的稀溶液不受大多数无机盐的影响,但高价盐会析出水解度大于45%的聚丙烯酸胺,因为高价的金属盐与梭基形成不溶于水的盐。聚丙烯酚胺在有机溶剂中的溶解度一般是有限的。某些化合物,如乙二醇、甘油、二氧六环、丙醇胺、吗琳、丙二醇、醇和环氧乙烷加成物,对它都具有有效的溶剂化作用,相当于聚合物的增塑剂。它不溶于大多数非极性有机溶剂。也不溶于丙酮和甲醇。可以通过在甲醇或丙酮中沉淀的办