聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺

1、定义

丙烯酰胺聚合物是丙烯酰胺的均聚物及其共聚物的统称。工业上凡是含有50%以上的丙烯酰胺（AM）单体结构单元的聚合物，都泛称聚丙烯酰胺。其他单体结构单元含量不足5%的通常都视为聚丙烯酰胺的均聚物。

聚丙烯酰胺，polyacrylamide（PAM），CAS RN：[9003-05-8]，结构式为：

n是聚合度。n的范围很宽，数量级为102~105，相应的相对分子质量由几千到上千万。

分子量是PAM的最重要参数。按其值得大小有低分子量（<100×104）、中等分子量（100×104~1000×104）、高分子量（1000×104~1500×104）和超高分子量（>1700×104）四种。不同分子量范围的PAM有不同的使用性质和用途。

2、分类

聚丙烯酰胺按在水溶液中的电离性可分为非离子型、阴离子型、阳离子型、两性型。

非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）的分子链上不带可电离基团，在水中不电离；阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）的分子链上带有可电离的负电荷基团，在水中可电离成聚阴离子和小的阳离子；阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）的分子链上带有可电离的正电荷基团，在水中可电离成聚阳离子和小的阴离子；两性的聚丙烯酰胺（AmPAM或ZPAM）的分子链上则同时带有可电离的负电荷基团和正电荷基团，在水中能电离成聚阴离子和聚阳离子，ZPAM的电性依溶液体系的PH值和何种类型的电荷基团多寡而定。

PAM的电性称谓和所带的电荷基团解离后的电性称谓相同。

按照聚合物分子链的几何形状可把PAM分为线型、支化型和交联型。PAM分子链的形状一般是线型结构。但是在丙烯酰胺自由基聚合反应的过程中会发生链转移反应。

3、聚丙烯酰胺的结构和性质

PAM在结构上的最基本的特点是：（1）分子链具有柔顺性和分子形状（即构象）的易变性。（2）分子链上具有和丙烯酰胺单元数相同的侧基---酰胺基，而酰胺基具有高极性、易形成氢键和高反应活性。

4、APM的使用和消费

APM在我国石油、水处理和造纸三大领域中的使用尤其显重要。

APM在石油工业中用作驱替剂、钻井泥浆和压裂液添加剂、堵水剂及油田污水处理剂等。

PAM在水处理中是作为污水处理的絮凝剂和污泥的脱水剂。在工业水和饮用水的原水处理中，起絮凝澄清作用，低分子的PAM还可以用作工业循环水的水质稳定剂，使工业冷却水得以循环使用。

PAM在造纸工业中主要用作助留助滤剂、纸张增强剂和废水处理剂。

5、纯PAM固体的物理性质

数值性质

密度（23℃）/（g/cm3）临界表面张力/(mN/m) 玻璃化转变温度Tg/℃

软化温度/℃

热失重/℃

热分解气体

<300℃

>300℃

溶解性

溶剂

T溶剂

非溶剂1.302

35~40

153,165,188,194,204

210

初失重，约290

失重70%，约430

失重98%，约550

NH3

H2、CO、NH3

水、乙二醇、二甲基甲酰胺、吗啉、熔融尿素

水（59）/甲醇（41）（体积比）

烃类、醇类、醚类、酯类、四氢呋喃

5、溶解特点和速溶问题

PAM的溶解性有两个特点：一是实际上使用的溶剂只有水；二十溶解时间特别长。

水是PAM的最好溶剂，它们能以任何比例混合。PAM在水中的稀释是吸热过程，原因可能是酰胺基和水分子之间的作用极强，在低水含量时形成络合体。PAM不溶于大多数有机溶剂，在PAM的水溶液中加入大量的和水互溶的有机溶剂（如无水甲醇或丙酮）时，会使PAM从水溶液中沉析出来。这也是提纯PAM常用的方法。41%（体积）的甲醇水溶液时PAM的T溶剂。

PAM的溶解时间远长于一般高聚物，有的长达几个星期。PAM的溶解速率和其分子量、离子度、分子的几何结构、产品的剂型、溶解温度、搅拌和投料方式等因素有关。溶解速率随分子量的增大和化学交联程度的增加而变慢，整体交联将使PAM只溶胀不溶解。不同产品剂型的溶解时间有很大差异，通常情况下粉末型的20~120min，水溶胶型（浓度5%~10%）的20~120min，乳液型的3~5min,水分散型的5~10min。固体粉末的PAM通常比水溶胶型的易溶，前者和水的接触面面积大，且溶解速率随颗粒直径的减小而以2.5次方的关系增加。疏松的固体粉末PAM比密实的易溶解。溶解速率的影响因素涉及以下两个要素：

（1）分子的扩散速率。物质的溶解过程是溶质分子和溶剂分子互相渗透和扩散的过程，因此溶质和溶剂分子的运动能力是决定溶解时间的重要因素。由

于溶质大分子和溶剂小分子在分子尺寸上十分悬殊，分子量1440万的PAM

分子体积比水分子大20万倍。因此两者的扩散速率相差十分悬殊。在溶解

的初期实际上只有水分子向PAM的单向扩散，PAM分子不可能向水的方向扩

散，所以先溶胀是溶解的必经阶段。也不难理解分子量、分子的几何结构、

溶解温度和搅拌等因素对溶解时间的影响。

（2）氢键和缠结。在PAM的分子链内和分子链间，酰胺侧基间能形成氢键。氢键是最强的分子间作用力，高分子量的PAM分子链上存在大量的氢键。高

分子量PAM的分子链很长，分子量1440万的分子链伸直后的长径比高达2

×105。这样大的长径比的分子链必然卷曲，它们聚集在一起也必然缠结在

一起。因此，要使PAM快速溶解需要依靠溶剂水分子的快速渗入和攻击，

将氢键解离和分子链解缠。

根据以上讨论，加快PAM溶解的主要技术途径是从合成方面着手，常采用如下

技术措施。①选择适宜的聚合工艺和条件，以减少支链和交联；引入更亲水的