聚丙烯酰胺合成技术与应用

聚丙烯酰胺合成技术与应用介绍

聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺(AM)均聚或1其他单体共聚而成的质量分数为50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称。由十其结构单儿中含有酰胺基，易形成氢键，所以具有良好的水溶性，广泛应用于石油、金属及化学矿山开采、水处理、纺织、造纸等行业。PAM 系列产品可分为非离子型(NPAM)、阳离子型(CPAM)、阴离子型(APAM)和两性4大类。相对分子质量大小是PAM主要性能指标之一。

1 PAM的合成方法

PAM一般由自由基引发聚合合成，主要有本体法、水溶液法、乳液法和悬浮法等合成方法。根据聚合是否加入其他单体，又可分为均聚和共聚2种，PAM产品形态有水溶液、乳剂和粉剂等。

1. 1水溶液聚合法

水溶液聚合法是将单体AM和引发剂溶解在水中的聚合反应，是目前应用较广泛和成熟的技术。所得PAM产品有胶状和粉状2种，其胶体采用质量分数为8%-10%或20%-30% AM的水溶液在引发剂作用下直接聚合而得，产物经脱水干燥后可得粉状产品。产物相对分子质量为7万-700万。该法优点为安全、工艺设备简单、环境污染小，缺点是产物固含量低，仅为8%-15%，且易发生酰亚胺化反应，生成凝胶。

在PAM的水溶液聚合中，引发剂在很大程度上决定了聚合反应后得到产物的相对分子质量、产率，因而新型引发体系的开发是AM 水溶液聚合研究的关键。蔡开勇等人研究了过硫酸钾一胺体系、过硫

酸钾连二硫酸钠体系、有机过氧化物、浪酸盐或氯酸盐、金属离子等五类氧化还原引发体系对合成PAM相对分子质量的影响，发现过硫酸钾一连二硫酸钠体系是合成高相对分子质量PAM的有效引发体系。吴挡兰等人采用复合氧化还原引发体系，得到相对分子质量为3. 05 X 106的PAM。穆志坚采用过硫酸钾一氮三丙酰胺引发体系，在最佳土艺条件下，得到相对分子质量为6.2X105的PAM,转化率为98. 94%。张宝军等人开发出一种新型氧化还原引发体系，以AM和丙烯酸钠为单体，进行水溶液自由基共聚合反应，合成了相对分子质量高达1.8X107，过滤比为1. 24的超高相对分子质量PAM。

双官能度引发聚合是自由基聚合中一个很活跃的研究领域，它直接影响聚合速率和聚合物性能，包括端基性能、相对分子质量大小、结构等。Shah和8me、首次提出自由基“逐步聚合”概念，指出双官能度引发齐」能够用十自由基均聚制备超高相对分子质量聚合物。日木江畸厚等人使用双官能度过氧化物Luperox-2, 5-2, 5与NaHS03及Fev组成的氧化还原引发体系引发AM溶液聚合，制备了高相对分子质量的PAM}I-7。黄利铭等人以双官能度氧化还原引发体系为主，配合偶氮化合物引发剂组成新型复合引发体系，在低温下采用均相水溶液聚合法引发AM均聚，制备相对分子质量高达2 000万的PAM。

西南石油学院的胡星琪研究小组开发了一种新型的基十后过渡金属和业硫酸氢钠的AM水溶液聚合用引发体系，该体系的特点是不需要氮气保护，在常温不搅拌的情况下即可引发AM的水溶液聚合反应，日反应过程平稳可控，不易发生爆聚，可得到相对分子质量在

100万-500万的PAM，产率最高可达100%。已研发出的体系有氯化铜一亚硫酸氢钠、硫酸铜一亚硫酸氢钠、醋酸锌一亚硫酸氢钠、硫酸锰一亚硫酸氢钠、氯化钻一亚硫酸氢钠、氯化镍一亚硫酸氢钠和硫酸亚铁一亚硫酸氢钠等。

吴日韦等人以Cu (III)络离子为引发剂，采用均聚共水解法合成带有支链的部分水解聚丙烯酞胺(HPAM)。实验合成了水解度为10% -30%, 黏均相对分子质量（Mn)为8. 0 X 106的聚合物;

1.2 乳液聚合法

乳液聚合包括反相乳液聚合和正相乳液聚合。反相乳液聚合是以非极性液体如烃类溶剂为连续相(油相)，单体溶十水，水为分散相(水相)，借助于具有低表ICI活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)的油包水型乳化剂将分散相(水相)分散十非极性液体(油相)中，形成W./0型乳液进行聚合。而正相乳液聚合正好与之相反。反相乳液聚合具有聚合速率快、产物相对分子质量高、相对分子质量分布窄、散热容易、产品性能好等优点。该聚合体系至少由水溶性单体、水、有机溶剂、W./0型乳化剂、引发剂5部分组成。其中乳化剂的选择对PAM产品性能影响较大，因此乳液聚合技术的发展有赖十新型乳化剂的研究和新的乳化配方的出现。孟昆等人采用反相乳液聚合方法制备阴离子型PAM絮凝剂，选用Span80乳化剂、亚硫酸氢钠、过氧化物为氧化-还原引发体系，应用均匀设计研究引发剂、乳化剂用量等因素对产物特性%黏数的影响，得到特性黏数为12. 07 dL/g的产物。R. Biswajit 人〔19〕在水/叔丁基乙醇(TBA)介质中(其中TBA体积分数50% -80%)

用聚乙烯甲脂(PVME)作乳化剂，过硫酸胺作引发剂，成功进行了AM 聚合。Xu Zushun等人用聚苯乙烯接枝聚氧化乙烯(PBt-g-PEO)作乳化剂，在水/甲苯中引发AM乳液聚合。

在乳液聚合中，引发体系的选择对产品性能的影响也至关币要。T. Mircea等人发现:当引发体系用原子转移自由基聚合中常见的双吡啶时，单体转化率很低(90℃反应20h以上)，但当用1, 4, 8,11-VII 甲基一1, 4, 8, 11-UPI环硅烷作配合体时一在很短时-间内就可得到较高产率。0. Miklos等人[.3 ]用A}1,N, N’一二甲基双丙烯酞胺和三乙醇胺混合得到PAM凝胶，待凝胶固化后，向其上洒水，由十高速放热的聚合反应引起的对流可使之形成立体结构。

S. ,J. Fang等人洲考察了水溶性引发齐归，2'偶氮二「N- ( 2-梭乙基)-2一甲基丙酞胺]水合物(V A057)引发下AM与苯乙烯的共聚反应。由十V A057在pH=10时一因水解作用而降解，造成共聚速率低，粒子尺、」一大，而在pH>10和pH<10时一则有不同的现象出现。这是一种典型的不使用乳化剂的乳液聚合。

1.3反相微乳液聚合法

N从J. P. Hoar}w〕和J. H. Schulmar}-`'}等人利用乳化剂、水和油制得均一透明的微乳液以来，微乳液在许多领域中得到)‘一泛应用。20世纪80年代初，Candau首次提出反相微乳液聚合，并成功合成了粒径为40飞Onm、分布均匀的PAM微胶乳〔.7〕及AM与丙烯酸钠共聚的微胶乳阶州。反向微乳液聚合解决了胶乳产品稳定性问题，反应速度更快，粒子细小均一，产物水溶性极好。