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技术知识

聚丙烯酰胺的特性

时间:2021-06-03 09:12:09点击:0

摘要:综述了聚丙烯酰胺(PAM)水溶液的物理化学性质。

聚丙烯酰胺(Polyacryamide,简称PAM)是一类重要的水溶性高分子聚合物,源于分子结构上的特性,聚丙烯酰胺具有特殊的物理化学性质,易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物,广泛应用于国民经济各个行业,享有“百业助剂”之称。随着我国工业化迅速发展,聚丙烯酰胺应用范围不断扩大,需求量也不断增加。

聚丙烯酰胺(PAM) 产品主要有3大剂型,即水溶液胶体、粉状和乳液,每种剂型中都有不同离子型产品。根据PAM大分子链上官能基在水溶液中的离解性质,可将其分为阴离子型(CPAM)、阳离子型(APAM)、非离子型(NPAM)及两性离子型。

PAM的应用主要视其水溶液的性质而定,因此需要了解聚丙烯酰胺水溶液的特性,对聚丙烯酰胺的扩大应用和工业化快速发展具有重要意义。

聚丙烯酰胺水溶液的性质

1、物理性质

PAM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黏度液体。在适宜的低浓度下,聚合物溶液可视为网状结构,链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点;浓度较高时,由于溶液含有许多链-链接触点,使得PAM溶液呈凝胶状。

PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性,对电解质有很好的相容性,对氯化胺、硫酸钙、硫酸铜、氢氧化钾、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感。

PAM水溶液的黏度不仅与相对分子质量、浓度、温度有关,而且还受pH值、水解度及含盐量等因素影响。在一定温度下,黏度随PAM分子量和浓度的增高而增加,近似可成对数关系,对高分子量的PAM而言,即使百分之几的质量分数,其溶液已相当黏稠。升高温度能降低黏度但不显著。水解度增加,黏度增加,无机盐的存在会使溶液黏度下降。pH的大小直接影响水解PAM分子中羧基的解离程度,进而影响分子在水中的伸展程度,使黏度发生变化。

PAM水溶液为假塑性流体,浓度稍高时机械缠绕足以影响黏度,其黏度随剪切速率增加而下降,这是由于在剪切作用下大分子链伸展,堆积密度降低的结果。

PAM水溶液的稳定性已能满足许多应用方面的要求,但会受物理应力和化学反应的影响,或因细微的链构象重排而使溶液在陈放数日或数周内,黏度越来越小,这将会降低它的使用效能。所以在制造和贮运时,要细心控制条件,一般贮存温度不宜超过50℃或更低的温度。其他因素包括剪切、光、超声波和加热都可使聚合物降解。

2、化学性质

2.1 水解反应

PAM在80-100℃碱性条件下,可以通过它的酰胺基水解而转化为含有羧基的聚合物,这种聚合物和丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的结构相似。反应式如下:

由于水解产物中还含有酰胺基团,这表示酰胺基并未完全水解,因此这种水解产物称为部分水解PAM。工业生产中,常采用在AM聚合前的溶液中加进碱,或者在聚合后的PAM胶体中拌进碱制造部分水解的PAM。用这种方法很容易得到水解度为30%(物质的量分数) 的阴离子PAM产品。但要制备高水解度(特别是70%以上) 的阴离子PAM产品时,要用AM和丙烯酸钠共聚的方法。

2.2 交联反应

PAM与甲醛水溶液在酸性条件下共热可发生交联反应,分子间的酰胺基通过亚甲基而交联成不溶性凝胶。反应式如下:

凝胶生成速率随PAM和甲醛的浓度及温度增加而增加,乙二醛、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂等均可与PAM发生交联反应。

2.3 羟甲基化反应

在碱性条件下, PAM水溶液与甲醛在40-60℃可发生羟甲基化反应。反应式如下:

PAM和甲醛的羟甲基化反应在酸性和碱性条件下均可进行,在碱性条件(pH值8-10)时反应速率很快;而在酸性条件下反应进行得较慢。因为这时大多数甲醛都以链状形式存在,降低了其有效浓度。在高pH值下,上述反应在室温下也能进行,若加热到100℃以上则发生交联反应,生成不溶性凝胶。

2.4 磺甲基化反应

PAM与亚硫酸氢钠和甲醛在碱性条件下反应,可在酰胺基上引入磺甲基生成阴离子衍生物—磺甲基化PAM。反应式如下:

2.5 霍夫曼降解反应

PAM可与次卤酸盐(如次氯酸钠或次溴酸钠) 在碱性条件下反应,该反应称为霍夫曼降解反应。反应式如下:

2.6 胺甲基化反应

PAM与甲醛和胺在碱性条件下作用,可生成N-甲基化丙烯酰胺聚合物,该反应称曼尼奇反应。反应式如下: