聚丙烯酰胺的机械降解

聚丙烯酰胺的机械降解

关键词：聚丙烯酰胺 机械降解

机械降解是指由机械能输入引发的聚合物链化学反应。有多种外界作用可以引起聚合物的机械降解，如高剪切力、拉伸流动、直接的力学承载、摩擦等。PAM随其受力场合不同，可以经受不同的机械降解方式，如聚合过程中的搅拌、挤出、造粒、粉碎等，以及PAM以溶液形式应用时经受的搅拌、泵送、注入和在多孔介质中的高速剪切及拉伸流动等。超声作用也会使聚合物发生降解。

聚合物的机械降解是一自由基反应过程，这已经ESR谱研究确认。外界施加的机械能传递给聚合物分子链时，在聚合物分子链内产生内应力，当此应力能足以克服C‐C键断裂的活化能时，导致聚合物分子链断裂，形成聚合物链自由基，进而引发聚合物自由基化学反应，使聚合物的分子量和分子结构发生变化。但产生的自由基有多种演化途径，如氢提取、偶合终止、歧化终止，以及与其他自由基受体反应，如氧、低分子化合物。因此由机械降解引发的聚合物结构变化和分子量及分布变化取决于聚合物溶液的条件，如聚合物浓度、溶液黏度、氧含量及溶液中存在的杂质、一般在聚合物浓度较低，以及溶液中存在氧或其他低分子杂质时，机械降解常导致聚合物分子量下降，分子量分布变窄，溶液黏度降低。而在较高聚合物浓度以及无氧和杂质含量较少条件下，机械降解则可能导致聚合物的支化，分子量分布变宽，甚至出现双峰分布，在某些条件下还会形成微交联结构，导致聚合物溶解性能下降。降解导致聚合物分子量变化的同时，也会再分子链上引入其他官能团结构，如歧化终止导致双键，与氧反应生成过氧结构。这些杂结构的引入又会使聚合物产生其他变化途径。有机是存在氧，研究指出溶液中低至几微克每克的氧就可以在AM聚合中有效地扑捉自由基。过氧结构的引入使聚合物的机械降解过程常因不同的实验条件和使用条件呈现不同的结果。

PAM具有很高的分子量，常以低浓度的水溶液形式应用，如作为絮凝剂、增稠剂和减

阻剂等，表现出很强的非牛顿流动特性和强的黏弹性，在应用过程中聚合物溶液经受剪切或拉伸流动，分子链的机械降解表现得尤为突出，导致PAM分子量下降、溶液黏度降低，从而使PAM的应用性能恶化，已成为PAM引用中不可忽视的问题。对此过程已采用粘度法、体积排斥色谱法和多角度激光光散剂等多种技术进行了广泛的研究，以考察聚合物溶液浓度、PAM分子量及分布、离子度、盐浓度、剪切速率和拉伸流动、温度及受力时间对其机械降

解程度的影响规律。

由于链的断裂是由链承受外界摩擦应力而引起的，因而应有一个临界摩擦应力。当聚合物链承受的摩擦应力超过此临界摩擦应力时，将引起链的断裂、而聚合物链承受的摩擦应力大小与外加剪切速率及聚合物发生取向和解缠结的难易程度有关。

在聚合物溶液剪切降解中，存在着依赖于剪切速率、聚合物结构 和分子量、聚合物浓度及溶剂性质诸多参数的临界条件，以存在着降解平衡值，使机械降解的预测较为困难。

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