聚丙烯酰胺的生成与应用

聚丙烯酰胺的生成及应用

摘要：综述了聚丙烯酰胺的物理性质、化学性质及使用特性，论述了聚丙烯酰胺的生成工艺流程，也介绍了聚丙烯酰胺在石油开采、矿冶、纺织、印染等行业中的应用。

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一、概述

聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或其与其他单体共聚而得聚合物的统称，它是一类重要的水溶性高分子聚合物，具有特殊的物理化学性质，广泛应用于石油开采、造纸、水处理、纺织、医药、农业等行业，享有“百业助

剂”之称]1[。

二、聚丙烯酰胺的基本特性]2[

2.1物理性质

聚丙烯酰胺（PAM）是一种线性型高分子聚合物，它能以任意比例溶于水，溶解不受温度影响，其水溶液为均一清澈的高粘度液体，属非危险品，无毒，无腐蚀性；几乎不溶于苯、乙醚、酯类、丙酮等一般有机溶剂。

2.2化学性质

聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺聚合而成，因此其分子的主链上带有大量侧基——酰胺基，酰胺基的化学活性很高，可以和多种化合物反应生成许多PAM的衍生物；酰胺基的一大独特之处还在于它能与多种特定的化合物形成很强的氢键。

2.3使用特性

基于聚丙烯酰胺（PAM）的物理性质及化学性质，使得聚丙烯酰胺（PAM）有如下使用特性：

絮凝性：PAM能使悬浮物质通过电中和，架桥吸附作用，起絮凝作用。

粘合性：通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用。

降阻性：PAM 能有效地降低流体的磨擦阻力，水中加入微量PAM 就能降阻50-80%

增稠性：PAM 在中性和酸性条件下均有增稠作用，当PH 值在10℃以上PAM 易水解，呈半网状结构时增稠将更明显。

三、聚丙烯酰胺生成工艺原理

3.1工艺原理

聚丙烯酰胺五车间生产采用的是有大庆炼化公司研究院自主开发成功的均聚后水解工艺，共分溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等七个主要工序，采用丙烯酰胺（AM ）均聚成胶，经过造粒后加入粒碱进行后水解的核心工艺，螺杆式预研磨机对胶体进行预切割，有利于胶体的造粒，振动式流化床干燥器对产品进行两端干燥，可进一步提高产品的质量。而先造粒后干燥的工艺顺序，使粉尘的溢出降至最低限度。主要生产操作和工艺控制均由DCS 系统自动完成，不但降低了工人的劳动强度，而且产品质量指标控制平稳，分子量可调范围较大。本工艺中聚合工序和水解工序均发生化学反应，其他工序属物理加工过程。

3.1.1聚合反应基本原理

本工艺采用丙烯酰胺单体水溶液均聚聚合方法。丙烯酰胺单体溶液在催化剂的作用下，发生自由基聚合。在这种特定过程中，聚合反应分为链引发、链增长、链终止三个济源反应，同时伴有链转移反应。

链引发

首先是氧化还原反应体系吹滑稽释放自由基，诱发聚合反应。

2

2||||2| C O H ) (C n H

H NH NH C O C C CH H n -=-=--→=——

随着氧化还原反应放热，反应逐渐升温，当反应液温度达到40℃-50℃时，其中的偶氮类催化剂在热活化作用下分解释放自由基继续引发反应。

偶氮分解方程式：

CN

CN CN N C C H CH C N N C CH CH CH CH ↑+⋅-−→−--=--2||33|||

|3333

2

链增长

链引发产生的单体自由基不断和单体分子结合生成链自由基，如此反复反应的过程称为链增长反应。单体自由基形成后，继续与其他单体加聚，就进入链增长过程。

2

222222

|

2|2|2|2|2|2|2)(CNH O CNH O CNH O CNH O CNH O CNH O CNH O H C CH H C CH H C RCH H C CH H C RCH H C CH H C RCH =======⋅--→⋅--→=+⋅- 链终止

链终止是高分子活性链失去活性，停止增长，形成稳定的高分子链的过程。

3.1.2水解反应基本原理

水解反应方程式：

2232|

2||2)()()(CONH COON CONH mNH HCH C HCH C OH mN H C CH a m n m a n ↑+--→+---

3.1.2工艺流程说明

（1）溶解工序

溶解工序的主要原料是丙烯酰胺溶液（AM ）和脱盐水（DMW ）。各组分分别从各自的储罐经流量计计量后，进入溶解罐，进行搅拌混合。

温度是影响聚合反应的一个关键参数，该工艺的聚合反应初始温度为0℃，一般溶解后混合溶液的温度为20℃左右，为达到工艺要求，需使用冷冻盐水对溶液降温。

PH 值是影响聚合反应的另一个关键参数，该工艺要求反应溶液的PH 值控制在5.8~6.2，而溶解后混合溶液的PH 随着丙烯酰胺溶液和脱盐水的PH 值而变化，溶解罐的循环线回路上设有PH 值测量仪，当溶解罐PH 值不满足条件时，聚合岗人员进行调整至工艺指标范围。

（2）聚合反应工序

本装置采用釜式反应器，每条生产线有四台聚合釜。

来自溶解罐的单体制备也经单体输料泵转移至聚合釜，从聚合釜底部两个喷嘴中吹入带压氮气，氮气既能将溶液与加入的催化剂搅拌均匀，又能通过置换作用排除其他溶解其他，尤其是能将对反应起阻聚作用的氧浓度降低到0.3ppm 以下，吹氮40分钟（可调）左右后，将符合引发体系中的各种引发剂按剂量配方加入聚合釜中，引发聚合反应，继续吹氮至有2~3℃升温，关闭氮气阀。然后反应逐渐升温、成胶、熟化，整个反应大约需要5个小时左右完成，聚合完成后，打开下料阀，并打开压缩空气进气阀，用0.3~0.4MPa 的压缩空气进行压料，约30分钟出料完成。

（3）预研磨、造粒工序

将聚合釜中反应完成的胶体用压缩风加压方式卸入预研磨器中。在预研