聚丙烯酰胺的合成及应用研究进展

２…０…１舌３臻６　年月　中国化工贸易　Ｃｈｉｎａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｒａｄｅ　纺述　聚丙烯酰胺生产工艺及应用分析　王泽鹏　（大庆炼化分公司聚合物一厂新项目筹备组。黑龙江大庆　１　６３４１　１）　摘要：随着我国工业化迅速发展，聚丙烯￣－（ＰＡＭ）应用范围不断扩大，需求量也不断增加，它的生产工艺及应用受￣ＩＬ－ｆｉ＇］的广泛关注。为　此，本文主要综述了聚丙烯酰胺的主要生产技术，包括水溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、辐射聚合法，对各种方法进行分析和评价，。　并简单阐述了聚丙烯酰胺在各领域范围内的应用。　关键词：聚丙烯酰胺生产工艺应用　聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是一类重要的水溶性高分子聚合物，是丙烯　酰胺均聚物和各种共聚物的统称，ＰＡＭ产品主要有三大剂型：水溶液　胶体、粉状和乳液，这些聚合物可以是均聚物，也可以是共聚物。　ＰＡＭ常温下为坚硬的透明固体，溶于水后呈清澈透明状，低毒。具有　良好的热稳定性，具有优良的增稠、絮凝、沉降等功能，广泛应用于石　油开采、污水处理、造纸、矿产、医药、农业、纺织等国民经济的各　个行业，享有“百业助剂”之称。　一、聚丙烯酰胺生产方法　人类最早使用ＰＡＭ，是由Ｍｏｕｒｅｕ等人在１８９３年首次制得的，　我国则是起源于上世纪的６Ｏ年代初，在上海建成第一套ＰＡＭ的工业　装置。ＰＡＭ及其衍生物都是通过丙烯酰胺聚合制成的均聚物或共聚　物。具体方法主要有：水溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相微乳液　聚合法、辐射聚合法等。　１．水溶液聚合法　水溶液聚合是ＰＡＭ生产历史最为久远的传统的方法，它以安全、　经济、合理著称，至今仍在使用。水溶液聚合法操作简单，环境污染　少，聚合物产量高且易获得高相对分子质量的聚合产物。但该法也存　在一些缺点，聚合溶液质量分数低；在制成干粉过程中，高温烘干和　剪切作用又容易使高分子链降解和交联，使粉剂产品的溶解性、絮凝　性降低等。　２．反相乳液聚合　反相乳液聚合是将单体的水溶液按一定比例加入到油中，借助于　油包水型乳化剂分散在油介质中，在引发剂作用下进行乳液聚合，所　得产物是稳定的被水溶胀的聚合物微粒在油中的胶体分散体，经共沸　蒸馏脱水后得到粉状ＰＡＭ。反相乳液聚合生产的ＰＡＭ胶乳与水溶液　聚合法生产的水溶胶产品和干粉产品相比较，胶乳的溶解速度快，相　对分子质量高且分布窄，残余单体少，聚合反应过程中粘度小，聚合　速率大，易散热，生产过程易控制，适宜大规模生产；但该法需大量　有机溶剂，生产成本稍高，技术较复杂。　３．反相微乳液聚合　微乳液是由油、水、乳化剂和助乳化剂组成的各相同性、热力学　上稳定的、透明或半透明胶体分散体系，其分散相尺寸为纳米级。反　相微乳液聚合制备的乳液更稳定，胶乳粒径分布更均匀，产物相对分　子质量高，透明性好，乳胶束粒径小，径分布窄，反应速率快等优点。　但其工业化生产受到限制，因为聚合时所需表面活性剂与单体之比高，　以致成本太高。　４．辐射引发法　辐射引发法是丙烯酰胺单体在紫外线或ｘ射线下引发直接聚合得　到固体聚丙烯酰胺产品。该法生产工艺简单，但设备投资大，且所得　产品分子量分布很宽，故目前还没有进行大规模工业生产。单体溶液　加入量不大于体系质量的３．３％。上述条件下制备的反相微乳液体系　在聚合前、后都能够保持高度稳定，制得的微粒型两性ＰＡＭ产品可以　用作助留剂。　二、聚丙烯酰胺的应用分析　ＰＡＭ主要应用于石油工业、水处理、造纸工业、纺织工业、印染　工业、医药工业、农业、建筑工业、矿冶工业。　１．石油工业　一是用于提高采收率。通过使用ＰＡＭ的来调节注入水的流变性，　ＷＷＷ　ｈ　ｍ　秘旗ｉ箍　００ｍ　０轧￡靼蹦强：五．　裔鏖　潮　增ＩＤＩＥ动液的粘度，改善水驱波及效率，降低地层中水相渗透率，提　高开采率；二是用作钻井液调整剂，将聚丙烯酰胺加入钻井泥浆中，　可以增加泥浆的稠度，提高悬浮力，使泥浆分散均匀，控制失水，增　加稳定性，降低摩阻，提高固井速度。三是用作压裂液添ＩＩＩＩ，具有　高粘度、低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、粘度稳定性好、残渣　少、货源广以及配制方便和成本低的优势而被广泛应用。　２．水处理　ＰＡＭ具有水溶性、絮凝性、吸附性，是目前世界上应用最广、效　能最高的高分子有机合成絮凝剂、沉降剂及助滤剂，它的絮凝效果远　远优于无机絮凝剂，其品种多，规格全，用量小，成本低，效率高，　生成的泥渣少，后处理容易。作为絮凝剂，可用于城市污水、生活污　水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业悬浮液固液分离工程中。　３．纺织、印染工业　ＰＡＭ可用作的上浆剂、整理剂、净化剂和脱色剂，利用其吸湿性　强的特点、较好的成膜性及浆膜的光滑度、高强低弹性、对纤维良好　的亲和性、与天然浆料和合成浆料良好的互溶性，能减少纺细纱时的　断线率，防止织物的静电和阻燃。同时ＰＡＭ可使产品鲜艳度高。　４．农业　ＰＡＭ可用作土壤结构改良剂，可有效改善土壤结构，增加土壤表　层颗粒间的凝聚力，增大土壤表面粗糙度，降低土壤容重，使土壤颗　粒和孔隙结构保持稳定，防止土壤结皮，增加土壤的入渗，防止土壤　流失以及抑制土壤水分蒸发等。　ｓ．造纸工业　ＰＡＭ在造纸工业中不仅可以提高填料、颜料等的存留率，同时提　高纸张的强度。　６．矿冶工业　ＰＡＭ可以使废水净化回收，沉积固体矿物，减少尾矿流失和水消　耗，降低设备投资和加工成本，并避免环境污染。　７．建筑工业　ＰＡＭ可以增强石膏水泥的硬度，提高湿法水泥制造中沉降槽的生　产能力和水泥的可滤性，改善窑料均一性，加速石棉水泥的脱水速度。　用作涂料增稠分散剂、锯石板材冷却剂以及陶瓷粘接剂，可用作墙板　（纸）、石棉制品等的胶粘剂。可用作矿床、池塘、水坝、地基等的灌　浆材料，可用于建筑物的填缝、修复及堵漏。用作隧道、水坝等工程　堵水固沙的化学灌浆和水下、地下建筑物的防腐剂等。　三、结语　经过近几十年来的努力，我国ＰＡＭ的生产和应用取得了一定的　成绩，但是与国外相比还存在较大的差距。要想使我国的ＰＡＭ系列　产品赶上和超过世界先进水平，建议研制新型、高效、低毒的ＰＡＭ，　提高ＰＡＭ产品分子量、溶解性能以及耐温抗盐和抗剪切性能，降低　ＰＡＭ产品中残余单体含量，加大生产技术开发上的投入，开发更先进　的连续化、自动化的聚合工艺；并且今后要大力开发ＰＡＭ在制糖、　感光材料、吸水性树脂、电镀、食品、船舶、陶瓷、矿冶等领域中的　应用，扩大应用以达到刺激生产的目的。　参考文献　ｌ】孙向东　张慧波，路锋聚丙烯酰胺生产工艺的研究辽宁化工２０１０１０３）；２３３—２３５　２】李玉芳、聚丙烯酰胺的生产应用及市场前景开发指南２００５［１０）；１卜ｌ７　ＣＩ曩　０　箍；　ａｄｅ　ｌ中国化工贸易Ｉ　３６１

聚丙烯酰胺生产工艺

一、聚丙烯酰胺的合成工艺

1.原料准备：聚丙烯酰胺的合成需要经过聚合反应，常用的原料有丙烯酰胺单体、过氧化铵等。在反应过程中，还可以添加交联剂和共聚剂等辅助材料。

2.聚合反应：将丙烯酰胺单体和其他原料按一定比例加入反应釜中，设置反应温度和压力。通过聚合反应，将丙烯酰胺单体中的碳链进行聚合，形成长链状的聚合物分子。

3.接枝反应：聚丙烯酰胺具有良好的交联性能，可以通过接枝反应来增加其交联度。接枝反应是在聚合反应过程中添加交联剂或加热处理，使聚合物之间发生交联，并形成交联网状结构。

4.过滤和干燥：将反应物进行过滤，去除其中的碎片和杂质。然后通过蒸发、减压等方法将其干燥，得到成品聚丙烯酰胺。

二、聚丙烯酰胺的应用工艺

1.水处理：聚丙烯酰胺具有很强的吸附性能和饱和性能，可以通过形成絮凝物来吸附水中的悬浮物和有机物。在水处理过程中，常用的工艺包括絮凝、沉淀、过滤等。

2.油田开发：聚丙烯酰胺可以被用作驱油剂，并且能够提高原油的开采率。在油田开发过程中，常用的工艺包括注入、混合、分析等。

3.土壤改良：聚丙烯酰胺可以增加土壤的保水性和保肥性，改善土壤结构，提高植物的生长率。土壤改良工艺包括施用、灌溉、覆盖等。 4.纸浆和纸张工业：聚丙烯酰胺用作纸浆和纸张的添加剂，可以提高纸张的质量和强度。工艺包括混合、搅拌、浆料处理等。

综上所述，聚丙烯酰胺的生产工艺主要包括原料准备、聚合反应、接枝反应、过滤和干燥等步骤。其应用工艺涵盖了水处理、油田开发、土壤改良、纸浆和纸张工业等领域。这些工艺不仅提高了产品性能，还广泛应用于环保和资源利用方面。

1 阴离子聚丙烯酰胺合成工艺

阴离子聚丙烯酰胺是一种常用的化学品，广泛应用于油田、水处理等领域。它具有优异的水溶性、增稠剂作用、悬浮剂作用、防泥剂作用和沉降剂作用等特性。本文将介绍阴离子聚丙烯酰胺的合成工艺及其紧要的应用领域。

一、合成工艺

1. 原材料

阴离子聚丙烯酰胺的合成原材料紧要是丙烯酰胺和化学稳定剂。其中丙烯酰胺是合成阴离子聚丙烯酰胺的紧要原材料，稳定剂可以加添材料的稳定性，提高合成效率。

2. 合成步骤

阴离子聚丙烯酰胺的合成紧要包括聚合反应、中和反应和干燥等步骤。实在的步骤如下所述：

1. 聚合反应：将丙烯酰胺和化学稳定剂按确定比例混合后，加入聚合反应器中，同时加入适量的水作为反应介质。将反应介质升温至70℃左右，并加入引发剂，进行聚合反应。

2. 中和反应：聚合反应后得到的混合物需要经过中和反应处理。此时，需要加入确定量的碱性物质（如乙醇胺和氢氧化钠等）来中和反应液中的酸性物质。接着，将反应器中的混合物升温至80℃左右，持续搅拌，并调整PH值。

3. 干燥：经过中和反应处理后的反应物需要进行干燥处理，以便得到稳定的阴离子聚丙烯酰胺。在干燥过程中，可以选择接受自然晾干或真空干燥两种方法，最后获得阴离子聚丙烯酰胺。 2 二、紧要应用领域

1. 油田

阴离子聚丙烯酰胺作为一种优秀的增稠剂，在油田勘探和开采过程中有着广泛的应用。它可以被添加到扩大井眼的泥浆中，以加强泥浆的黏度和流动性，从而实现削减渗漏、稳定井眼、削减阻力等目的。

2. 水处理

阴离子聚丙烯酰胺在水处理中也有侧紧要的应用。它可以被用作污水处理中的絮凝剂和沉淀剂，以清除水中的颗粒和悬浮物，达到净化水质和回收重金属离子等目的。此外，在工业污水处理、海水淡化等领域中也有广泛的应用。

3. 其他领域

在化妆品、食品工业、纺织印染等领域中，阴离子聚丙烯酰胺也有侧紧要的应用。例如，它可以被用作口红、润肤霜、奶乳等产品的稳定剂和乳化剂，提高其质地和品质。此外，阴离子聚丙烯酰胺还可以被用作纺织印染助剂，提高纺织品的染料吸附性和抗静电性。

反相乳液聚合是以非极性液体如烃类溶剂为连续相（油相），单体溶于水为分散相（水相），借助乳化剂将分散相（水相）分散于连续相（油相）中，形成“油包水”（Ｗ／Ｏ）型乳液进行聚合。反相乳液聚合为水溶性单体提供了一个具有高聚合速率和高相对分子质量聚合产物的聚合方法。反相乳液聚合是Ｖａｎｄｅｒｈｏｆｆ等［１］在１９６２年进行的，他们以有机溶剂为介质，首先进行了水溶性单体的反相乳液聚合，并发现：反相乳液聚合与溶液聚合相比具有许多优点，如聚合速率高、得到的胶乳通过调节体系的ｐＨ值或加入乳化剂等方法可使聚合物迅速地溶于水，比粉末型聚合物的应用更加方便。从此反相乳液聚合作为常规乳液聚合的一个补充，得到迅速发展［３］。１反相乳液聚合体系组成丙烯酰胺反相乳液聚合体系包括：水溶性丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子或阴离子功能单体、引发剂、Ｗ／Ｏ型乳化剂、水相、连续相和助剂等。１．１乳化剂和连续相反相乳液聚合必须利用表面活性剂，通过一定的方式将含有丙烯酰胺和水溶性阳离子型、水溶性阴离子型等共聚单体组成的水溶液（分散相）分散乳化在油相中（连续相），因此乳化剂在反相乳液聚合中的作用是非常大的。早期的乳化剂一般采用非离子型的表面活性剂，如失水山梨糖有机酸酯、失水山梨糖酯环氧乙烷的加成物，烷基醇或烷基酚环氧乙烷的加成物。目前基本不使用单一的乳化剂，转用复配型乳化剂，但不论使用何种复配乳化剂都必须使复配后的乳化剂的ＨＬＢ值尽量与水相中的丙烯酰胺和共聚单体所组成体系的ＨＬＢ接近，只有这样才能达到较好的乳化效果。早期，油相一般采用苯－甲苯为油相，后来采用高沸点的溶剂油为连续相。有的研究者［２］以Ｏｐ，Ｓｐａｎ和Ｎｐ系列表面活性剂为乳化剂，各种油为连续相，进行Ｗ／Ｏ乳液的研究认为：非离子表面活性剂亲油基结构和油相分子结构应该相似，以便在界面油相一侧形成致密的活性剂－油分子结构体，增加界面粘度，对乳液稳定有利。国外有人采用两亲性高分子表面活性剂为乳化剂，如Ｒｅｅｋｍａｓ等［３］以两亲高分子低ＨＬＢ值嵌段聚合丁基硬脂酸酯为乳化剂，生物油为连续相；ＪｏｓｅＨｅｒｎａｎｄｅｚ等［４］以１２－羟基硬脂酸－聚氧乙烯醚三段聚合物为乳化剂，异构烷烃为连续相进行丙烯酰胺反相乳液聚合，乳液的性质好于使用一般普通乳化剂的聚合乳液。他们还认为两亲性高分子表面活性剂的乳化效率高于一般普通乳化剂，而且没有链转移作用，单体转化率高于一般普通乳化剂，并且聚合速度快，反应时间短，聚合乳液的稳定性远远高于使用一般普通乳化剂制备的乳液的稳定性。１．２引发体系丙烯酰胺反相乳液聚合的引发剂一般采用水溶性或油溶性过氧化物作为引发剂、水溶性或油溶性过氧化物与还原剂组成的氧化－还原引发体系，价格便宜、链转移常数较大，导致聚合物产品相对分子质量不可能太高。偶氮类引发剂分解温度较高、价格也很贵、但链转移常数极小、分解速度较慢，制备超高分子量聚丙烯酰胺时经常使用。辐射引发一般采用高能放射线照射反相乳液体系引发自由基而发生聚合反应。辐射引发在聚合体系中不反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺及其应用闫丽娟，赵达文，毕成良，张宝贵（南开大学环境科学与环境学院，天津３０００７１）摘要：本文介绍了利用反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺，并讨论了聚丙烯酰胺在石油开采、水处理、造纸、医药、采矿、纺织等行业中的应用。关键词：聚丙烯酰胺，反相乳液聚合；应用中图分类号：ＴＱ３２６．４文献标识码：Ａ文章编号：１００８－１２６７（２００７）０１－００３２－０３