欢迎来到巩义市波涛净水材料有限公司!
聚丙烯酰胺厂家选用优良原材料,质量有保障
全国咨询热线:18595812566
您的位置: 首页 > 技术知识
联系我们contact us

巩义市波涛净水材料有限公司
联系人:刘经理
手机:18595812566
地址:河南省郑州市巩义市大峪沟钟岭村4组

技术知识

聚丙烯酰胺性能的影响因素探讨

时间:2021-06-18 08:24:04点击:0

摘要:对聚丙烯酰胺性能产生影响的各种因素进行了分析,并对其性能检验方法进行了改进。

近些年来,由于工业用水价格上涨(价格远远高于生活用水),使企业的生产成本不断提高。为了降低成本,多数企业选择向工业废水投加药剂,经过一系列处理后,使水质达到企业的生产要求,即提高工业用水的循环利用率,降低每吨水的实际价格。目前国内使用较广泛的水处理药剂是聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺,并根据实际需要,添加其他絮凝药剂,如硫酸亚铁、硫酸铝等。

PAC的特点是价格便宜,处理效果好,缺点是在高温的情况下(特别是90℃)以上时,游离出的Cl-显强酸性,对金属管壁有强烈的腐蚀作用,造成经济损失。聚丙烯酰胺(polyacrylamids)是一种线型高分子聚合物,是水溶性高分子化合物中应用较广泛的品种之一,聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂,增稠剂,纸张增强剂,以及液体的减阻剂等,广泛应用于水处理、造纸、石油、煤炭、矿冶、地质、轻纺、建筑等工业部门。聚丙烯酰胺热稳定性好;加热到100℃稳定性良好。

聚丙烯酰胺的使用特性:

(1)絮凝性能使悬浮物质通过电中和,架桥吸附作用,起絮凝作用;

(2)粘合性能通过机械的、物理的、化学的作用,起粘合作用;

(3)降阴性能有效地降低流体的磨擦阻力,水中加人微量聚丙烯酰胺就能降阻50%-80%;

(4)增稠性能在中性和酸性条件下均有增稠作用,当pH值在10℃以上聚丙烯酰胺易水解。呈半网状结构时,增稠将更明显。

但是,影响聚丙烯酰胺性能的因素很多,本文对聚丙烯酰胺性能的影响因素进行阐述。

1、影响聚丙烯酰胺质量的因素

聚丙烯酰胺根据其侧链所带的官能团不同,可以分为非离子型(PAM)、阳离子型(CPAM)和阴离子型(PHP)。如图1所示。

图1 3种类型聚丙烯酰胺的结构

1.1 电导率的影响

一般来说,电导越小聚合速率越快,原料过滤后电导一般在0-6之间即可。但由于没有国家标准和行业标准来控制原材料丙烯酰胺的质量,其质量完全由生产厂家决定。从外观上看,丙烯酰胺呈透明胶状液体,不易分出质量的好坏。若有结块现象,为自然聚合,这种聚合体分子量较低,不能使用。原理上,电导越小聚合速率越快。质量较好的原料,其纯度高,电导率在5-6之间也能聚合出分子量很高的PHP;若原料质量较差,杂质较多,就要尽量将电导率控制在较低的水平,较好在0.2左右,也能聚合出达到要求的成品。

1.2 温度的影响

温度对聚丙烯酰胺溶液的影响具有4个方面的作用:

(1)疏水基团间的相互作用是吸热的熵驱动过程,即随温度升高,聚合物溶液体系的熵增加,疏水基团的缔合作用增强,利于溶液粘度的增加;

(2)随温度的升高,离子基团的热运动加剧,分子内正负离子间的相互作用减弱,引起大分子链伸展,粘度提高;

(3)疏水基团的热运动加剧,疏水缔合作用被消弱,同时,水分子的热运动加剧,从而改变了疏水基团周围水分子结构与状态,使水一疏水基团的作用发生变化,疏水缔合作用进一步被消弱,粘度降低;

(4)随温度的增加,离子基团的水化作用减弱,大分子链收缩,导致粘度下降。所有因素综合作用的结果是,溶液粘度有所变化(上升或下降)。

1.3 树脂的影响

原料经过树脂层的过滤,杂质大部分被祛除,电导率降低。当电导率高于所要求时,就要更换新的树脂。用过的树脂经酸碱清洗后,能够重复使用。清洗过的树脂,其洁净度对再次利用有很大的影响,洁净度越高的树脂使用时间越长。清洗树脂可以使用工业用酸碱和分析纯酸碱。工业用的酸碱,价格便宜,但清洗过的树脂洁净度低,使用时间短,只能过滤2-3桶原料;分析纯价格高,效果好,清洗过的树脂可以过滤10桶左右的原料。从提高树脂利用率和节约人工、提高工作效率的角度讲,使用分析纯的酸碱要优于使用工业用酸碱。

1.4 疏水基团的影响

疏水基团是疏水缔合类聚丙烯酰胺溶液性质的一个重要影响因素,主要体现在疏水基团的含量、种类和分布等对疏水缔合类聚丙烯酰胺溶液流变性的影响。疏水基团的含量对疏水缔合类聚丙烯酰胺溶液的性质会产生重要的影响,随着疏水基团的大小和含量的增加,缔合作用增强,粘度增加; 在临界缔合浓度(CAC)以上,分子间缔合使这种趋势更加明显。疏水基团的种类对疏水缔合类聚丙烯酰胺溶液的性质也会产生重要的影响,在疏水基上引入芳香基和碳氟侧链能更有效地提高聚合物溶液粘度,特别是在疏水基团含量较高时更是如此。研究表明,碳氟链具有较小的内聚能密度和表面能,与碳氢链相比,具有更强的亲水性,因此有更强的增粘性能。另外,疏水基团与主链相连,其间隔基团的种类也会产生影响,若疏水基团通过酰胺基与聚合物主链相连,则在毗邻的酰胺隔基间存在氢键缔合,加大了分子间缔合的潜能,在浓度较高时易形成密实的单分子

胶束;若疏水基团是通过酯基间隔与大分子主链相连,则在较稀的情况下,溶液可能发生分子间缔合,形成多个大分子胶束聚集体。不同疏水基团的聚丙烯酰胺溶液的流变行为,由于疏水基团的改性,在CAC以上,大分子由于交连溶液表现为粘弹性,不管是对改性均聚物还是共聚物,储存模量增加。疏水基团在大分子中的序列分布是影响聚合物在溶液中发生分子间缔合或分子内缔合的又一个重要因素,微嵌段结构较无规结构具有更强的分子间缔合作用,嵌段长度增加,分子间缔合能力增强,溶液粘度增加。

1.5 醋酸和尿素的影响

醋酸的作用是用来调节反应槽内的酸碱度,使其呈弱碱性,有利于丙烯酰胺的聚合。在搅拌过程中要随时监测槽内pH值,不断调节,使其控制在7-8之间;尿素是用来调节成品的溶解度。当原料的质量较差时,成品不易溶解,严重影响分子量的测定和使用效果。适当的增加尿索的使用量,可以提高产品的溶解度,也加快了溶解时间,不仅提高了产品在实际使用中的有效使用量,也为客户节约了宝贵的时间,提高了工作效率。

1.6 聚丙烯酰胺分子置、阴离子度等对絮凝效果的影响

以聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝效果为例。

1.6.1聚丙烯酰胺分子量、阴离子度等对絮凝效果的影响

在合成非离子型聚丙烯酰胺时,控制条件合成了不同分子量的聚丙烯酰胺,其分子量分别为400万、600万、800万、1000万、1200万。

非离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果(透光率)与其分子量有关,随分子量增加,对煤泥水的絮凝效果渐好。这是由于聚丙烯酰胺的酰胺基(一C0NH2)与煤泥粒子亲和、吸附形成氢键,同时高分子链在被吸附的粒子间形成桥联,因而非离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果主要取决于聚丙烯酰胺的分子量。但由于聚丙烯酰胺的溶解性随分子量的增加而降低,当分子量大于600万后,絮凝效果增加趋缓,大于800万以后增加不明显。一般认为,用于煤泥水处理的聚丙烯酰胺絮凝剂,其分子量为800万左右比较合适。

1.6.2 聚丙烯酰胺的阴离子度对絮凝效果的影响

选取分子量在800万左右的聚丙烯酰胺为原料,改变介质的pH值,制备了阴离子度在10%-50%的一系列阴离子型聚丙烯酰胺。

聚丙烯酰胺的阴离子度影响絮凝效果,煤泥水的透光率随阴离子度增加而提高,在阴离子度为30%时达到较大值,然后又随阴离子度的进一步提高而减小。阴离子型聚丙烯酰胺对煤泥的沉降除了高分子絮凝作用外,还发生离子吸附、架桥及电性中和作用,当阴离子度在30%时,这几种作用叠加,达到絮凝效果较好。因而用于煤泥水处理的聚丙烯酰胺阴离子度控制在30%左右为宜。

2、检验方法的改进

自1990年实施的GB12005.1-89和GB12005.2-89,详细的规定了聚丙烯酰胺在出厂时的质量要求。在PHP实际检验过程中,适当缩小取样量范围,可以更方便计算。如在分子量的测定中,国家标准要求取样量为0.05-0.1g,实际上取0.02-0.03之间就能取得较好的效果。另外,质量较好的成品,浸泡约3h即能充分溶解。测定温度也对聚丙的溶解度有影响,其较佳的溶解温度在25-30℃(测试时的温度是30℃,所以溶解样品时的温度不能超过这个值)。

用砂芯漏斗过滤溶液,一般进行此过程时,可同时用NaCl浸泡下一个试样,以节约时间。用NaCl浸泡时要注意,充分混合至溶液中没有块状物,大约需要10-15min。有时溶解效果不好时,要溶解40min,但溶解时间较好不要超过45min,以免测量时间超过1h。NaCl溶液对聚丙烯酰胺而言是一种良好的溶剂,溶解速度是用水溶解速度的树备数倍,但如果长时间浸泡会破坏聚合体,使聚丙烯酰胺样品的分子链断开,分子量降低,测试结果不能表示样品的真实分子量。

在过滤时,使漏斗下端尖嘴与烧杯边缘稍微接触,可以加快过滤速度。过滤的量在35-40mL为宜(包括洗漏斗、洗粘度计和测量用的量)。样品较多的情况下,砂芯漏斗反复使用会使砂层空隙被堵。沙漏斗在实验过程中不可以用水冲洗,当过滤速度变慢时,可以用洗耳球从漏斗底端向上吹气,反复3次,即可达到很好的效果。

3、结语

通过对聚丙烯酰胺各种影响因素的分析,以及对其性能检验方法上的一些改进,可以在工作中解决一些问题,对提高聚丙烯酰胺的性能有一定的指导意义。但在实际工作中,还存在着很多不确定影响因素,如捏合时间的掌握等。而且每一批原料的情况各有不同,原料调节的具体参数也是不同,不能硬性的套用某个经验公式,应对方法需要从实际出发,与具体工作相结合。