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技术知识

聚丙烯酰胺在工业上的应用

时间:2021-04-12 10:14:00点击:0

目前聚丙烯酰胺在我国用量较大的领域是油田的三次采油,其次是水处理和造纸。其消费结构为油田开采占81%,水处理占9%,造纸占5%,矿山占2%,其他占3%,世界上应用较广的是水处理和造纸,还用于选矿、洗煤、冶金、纺织、制糖和土壤改良等领域。

1、石油工业

聚丙烯酰胺在石油工业中主要用于以下几个方面:

a)提高采收率。在提高石油采收率的三次采油诸方法中,用聚丙烯酰胺作驱油剂占有重要地位。加入聚丙烯酰胺的作用是调节注入水的流变性,增加驱动液的黏度,改善水驱波及效率,降低地层中水相渗透率,使水与油能匀速地向前流动,提高开采率。

b)用作钻井液调整剂。聚丙烯酰胺可用作钻井泥浆的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂,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。

c)用作堵水调配剂。聚丙烯酰胺用作堵水剂,选择性堵水这一特点是其他堵水剂没有的,可以减少油田产水,保持地层能量,提高最终采收率。

d)用作压裂液添加剂。聚丙烯酰胺交联而成的压裂液,由于具有高黏度、低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、黏度稳定性好、残渣少、货源广、配制方便及成本低的优势而被广泛应用。

2、水处理

聚丙烯酰胺及其衍生物的分子链上含有大量的酰胺基,具有良好的水溶性、优良的絮凝性能和吸附性能,可与许多物质亲和、吸附形成氢键。在水处理中,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。

聚丙烯酰胺是目前世界上应用较广、效能较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,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。

聚丙烯酰胺在水处理中用作絮凝剂,主要有以下几种情况:

(1)减少絮凝剂用量,在达到同等水质的前提下,聚丙烯酰胺作为助凝剂与其他絮凝剂配合使用,可大大降低絮凝剂的使用量;

(2)改善水质,在原水处理中与活性炭等配合使用,用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清,在污水处理中用作污泥脱水,在工业水处理中用作一种重要的配方药剂;

(3)提高絮体强度与沉降速率,减少了无机絮凝剂的使用量,避免循环冷却系统的腐蚀与结垢。

3、纺织、印染工业

在纺织工业中,聚丙烯酰胺作为织物的上浆剂和整理剂,可以生成柔顺、防皱、耐霉菌的保护层,利用它的吸湿性强、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等特点,能减少纺细纱时的断线率,防止织物的静电和阻燃。

用作印染助剂时,聚丙烯酰胺可使产品附着牢度大、鲜艳度高,还可作为漂白的非硅高分子稳定剂及匀染剂纺织助剂等。此外,聚丙烯酰胺还可用于纺织印染污水的高效净化剂、脱色剂等。

4、农业

聚丙烯酰胺作为土壤结构改良剂,可有效改善土壤结构,增加土壤表层颗粒间的凝聚力,增加土壤表面粗糙度,降低土壤容重,使土壤总孔隙率和毛管孔隙度上升,进而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,减少地表径流量,防止土壤流失以及抑制土壤水分蒸发等作用。

聚丙烯酰胺通过对土壤结构的改善,增加了土壤水稳性团粒数量,增强了土壤的透气、渗透性能,有效地增强了土壤的抗蚀能力,使聚丙烯酰胺处理过的土壤具有很好的保水、保土、保肥、增产的作用。

5、医药工业

聚丙烯酰胺及疏水缔合衍生物由于分子链上同时带有亲水与憎水基团,使其水凝胶具有温敏性,它在水中的溶胀性在某一临界温度随温度的微小变化发生激烈的突变,体积变化可达数十到数百倍,可以做成智能性凝胶,用于药物的控制释放和酶的包埋、蛋白质电泳、人工器官材料、接触眼镜片等。

聚丙烯酰胺水凝胶早在1987年就开始应用于整形美容外科,大部分用于乳房变大和塑型,还可用于软组织填充,如薄唇变厚、大小腿外形塑造。另外,聚丙烯酰胺可用作分离抗菌素的絮凝剂、用作药片的赋型粘接剂以及药物缓释剂等。

聚丙烯酰胺共聚物混合到憎水的高分子生物培养基上的所得物具有类似肝磷脂的光滑表面和良好的生物兼容性,可用来抗血栓,广泛用在起搏器、动脉嫁接、心脏真空管、人造心脏、导尿管、肾透析中。

6、食品加工

聚丙烯酰胺可用于制糖工业用化学助剂。此外,可用于各种肉类、水果和蔬菜清洗水的净化以及果酒和啤酒的澄清。

使用高分子量的聚丙烯酰胺作为絮凝剂可用于糖浆澄清处理,加速蔗汁中细粒子下沉,促进过滤和提高滤液清澈度,可以尽可能多的除去非糖分,提高清汁质量。

利用聚丙烯酰胺能从采用发酵法生产酒的酿造业中分离和回收稀糟水中的固体物质,既做到废物利用又环保。

7、造纸工业

聚丙烯酰胺在造纸工业中的应用主要表现在2个方面:一是提高填料、颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染;二是提高纸张的强度(包括干强度和湿强度)。

聚丙烯酰胺用作分散剂,可以改善纸页的均匀度,降低纸料的打浆度,促进长纤维在抄纸时的分散,增加纸浆液的稳定性及填料和颜料的粘结性;

用作增强剂,能有效地提高纸张的强度,提高纸张的抗撕性和多孔性;

用作助留剂、滤水剂、沉降剂,能提高填料粒子和细小纤维的存留率,加快脱水速度,减少纤维在白水中的流失量,有利于提高过滤和沉淀等回收设备的效率,减少污染。

8、矿冶行业

聚丙烯酰胺在矿冶业中的应用主要涉及采矿、选矿和冶金,在这些过程中需要使用大量的水,最后常需回收水中的有用固体,并将废水净化回收使用。

应用聚丙烯酰胺作为絮凝剂和助滤剂,可促进有用固体矿物的快速下沉,加速细粒物料的浓缩、液体的澄清及泥饼的脱水,从而可提高生产效率,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。

铀矿提取是聚丙烯酰胺较早的重要应用领域之一, 用酸或磺酸盐溶液沥取铀矿石时,在沥取物的浓缩和过滤中,添加聚丙烯酰胺处理非常有效。

聚丙烯酰胺在选煤厂中主要用于2个方面:一是在煤泥水深度净化浓缩机中,添加聚丙烯酰胺絮凝剂,加速煤泥的沉降,降低溢流水浓度;二是在真空过滤机或压滤机中,添加聚丙烯酰胺絮凝剂,改善滤饼结构,降低滤饼水分,提高过滤速度。

9、建筑工业

在建筑工业中,聚丙烯酰胺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。用高压水柱切割金属或大理石时,在水中添加较少量的聚丙烯酰胺便可很大地提高切割效率。

聚丙烯酰胺可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。

聚丙烯酰胺还可用作矿床、池塘、水坝、地基等的灌浆材料,可增强土壤团粒结构的坚固性,增加土壤结构的承载负荷。

聚丙烯酰胺凝胶可用于建筑物的填缝、修复及堵漏。此外,聚丙烯酰胺还可以用作隧道、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。

10、日化工业

利用聚丙烯酰胺制成的高吸水性树脂具有较高的强度,吸水量可达自重的数百倍以上,近几年用于生产尿不湿和卫生巾的聚丙烯酰胺需求量增加较快。

在化妆用品工业中,含有聚丙烯酰胺的两性电解质聚合物作为角蛋白调理剂可用在头发、皮肤和指甲的护理中。

聚丙烯酰胺与硅溶胶复合为消光剂,可降低革面的光泽,防止因树脂涂层过于光亮而引起的塑料感,以满足人们追求真皮感风格。

马中飞研究表明,自激式除尘器使用聚丙烯酰胺复配物溶液不但可以提高除尘效率,而且降低除尘器的阻力损失, 减少能耗。

此外,聚丙烯酰胺还可用作天然或合成皮革的保护涂层以及农药的造粒助剂等。

11、其他方面的应用

在电镀工业中, 添加聚丙烯酰胺可改善金属在阴极沉积的质量,并增加电流效率,能使金属沉淀匀化,使镀层更加光亮。

在养殖业中,聚丙烯酰胺可改善水质,增加水的透光性能,从而改善水的光合作用。

在游泳池水里添加较少量共聚物( 质量浓度约1mg/L),可抑制游泳池表面水分蒸发。

聚丙烯酰胺水凝胶还可用于凝胶炸药、电池的凝胶电解液、火箭燃料中使用的凝胶联胺、色谱柱等。

此外,聚丙烯酰胺涂于船舶表面,可降低航行阻力。

聚丙烯酰胺还可用作金属铸造中的砂模胶合剂,金属的防锈保护膜以及油墨、乳胶漆的稳定剂等。