凈水處理劑-改性聚丙烯酰胺（一）

丙烯酰胺均聚物和共聚物是用單體丙烯酰胺（AM)聚合而成的一種線型高分子聚合物。聚丙烯酰胺（PAM)及其衍生物是一類新型的精細功能高分子產品，是現代水溶性合成高分子聚電解質中最重要的品種之一。近年來，丙烯酰胺的生產獲得較大的發展，納米聚丙烯酰胺作為重要的精細化工新產品也在更多的領域中開拓出更新的用途。

1理化性能

PAM分為干粉和膠體兩種，干粉為白色或灰色粉末，膠體為淡黃色，必須先溶解后才能應用。

聚丙烯酰胺由于丙烯酰胺含有雙官能團（雙鍵和酰胺基），因此具有酰胺和不飽和烯烴的性質。聚丙烯酰胺分子量從數萬到數百萬。根據其官能團不同又分為非離子型、陽離子型、陰離子型。PAM分子卷曲成團，鏈上活性基團不能充分伸展，實際應用時，一般需提前水解。PAM在堿性條件下，可迅速引起水解，使酰胺基——CONH2轉化為羧酸基——COOH,使鏈狀分子長度增加，水解后成為PAM和聚丙烯酸鈉的共聚物。

2工藝技術

針對不同用途、不同形態的要求，PAM—般有如下幾種聚合工藝：共聚、乳液聚合、均聚現場水解、前加堿共水解和均聚后水解工藝。

工業上PAM及其衍生物都是經過AM自由基聚合制造的。聚合方法按單體在介質中的分散狀態分類主要有本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。按單體和聚合物的溶解狀態分類可分為均相聚合和非均相聚合。AM的自由基聚合主要分為均相水溶液聚合法、反相乳液聚合法、懸浮聚合法等，以獲得各種劑型的產品。PAM產品主要有三大劑型：水溶液膠體、粉狀和乳液，每種劑型中都有不同離子型產品。丙烯酰胺聚合所采用的引發手段有利用各種輻射、光（可見光和紫外線）、超聲波、電流或在聚合條件下易分解的化合物引發聚合。

丙烯酰胺（AM)的聚合反應屬于自由基引發體系，引發方法有引發劑引發和聚合引發兩種。引發劑主要是過氧化物和偶氮化合物。其基本原理都是基于AM在引發劑的作用下，進行自由基引發聚合，生成聚丙烯酰胺。

AM聚合過程中鏈增長，鏈引發及鏈終止的反應符合自由基引發聚合的一般規律，AM的聚合反應為自由基引發聚合反應。

2.1水溶液聚合法

水溶液聚合法是在8%~10%AM水溶液和一定配比的共聚物混合物中，加入一定量的添加劑、引發劑、用硫酸調節體系pH值為3,然后開始攪拌、充氮，逐漸升至一定溫度反應1h,冷卻、出料，即得膠狀陽離子型PAM。

聚丙烯酰胺的生產過程主要由聚合、造粒、干燥三部分組成，其中聚合是最重要的部分。聚合工藝是將27%AM水溶液及引發劑灌注到一條寬1.5m,長20m以一定速度運行的輸送帶上，鋪成薄層，在氮氣氛中進行連續薄片聚合，所得聚合物為白色多層凝膠板，膠板在輸送帶終端切成條，經干燥、粉碎后得產品。

2.2乳液聚合法

乳液聚合是將單體水溶液按一定的比例加入到油相中均勻混合，在乳化劑的作用下形成油包水乳液。將系統用氮氣吹掃，在加入催化劑（叔丁基過氧化物）前先將反應混合物加熱到預定的溫度，加入催化劑后，通過冷卻使反應在預定的溫度下進行，AM單獨或與第二單體在此環境中進行聚合反應，聚合完成后將反應混合物過濾，得到質量分數為25%的乳液聚合物產品。

將水溶性單體AM借助表面活性劑（多采用非離子型表面活性劑，如spon,Tweem,op等）的作用使AM單體分散在水相中形成乳化體系并在引發劑作用下進行乳液聚合，形成穩定的高品質速溶的PAM膠乳產品。經共沸蒸餾脫水后即可得粉狀PAM。聚合反應是在分散于120#油相中的AM微粒中進行，聚合過程中放出的熱量散發均勻，反應體系平穩，易控制，適合于制備高分子量且分子量分布窄的PAM膠乳或干粉型產品。PAM干粉生產在國內外大都采用25%~30%的中濃度AM水溶液聚合法。

美國氰特公司開發出了新的乳液聚合工藝，使產品的質量分數達25%以上，并具有黏度高、過濾比低、不溶物低、溶解性好、分子質量分布窄的特點，其PAM的最高相對分子質量可達2700萬以上。由于乳液聚合工藝的產品為25%的乳液，在生產過程中減少了聚合物膠體的切割、造粒、干燥等程序，降低了聚合物工廠的設備投入和能耗。但同時也增加了產品的運輸和儲存成本，而且在生產過程中需用大量的有機溶劑。

丙烯酰胺與乙烯基吡啶膠束共聚合的方法是：在裝有去離子水、溫度計、攪拌器、冷凝管的四口燒瓶中，放入AM。水浴加熱，升溫到50°C,高純氮保護，加引發劑和4-Vp,保持恒定的溫度，攪拌約50min,滴加引發劑后，反應數小時。典型配方：AM用量為0.41mol/L,4-Vp用量為0.21mol/L,引發劑中過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉的量比為1:1。

2.3輻射聚合法

向50%丙烯酰胺的水溶液288g中，加入二甲胺丙基甲基丙烯酰胺16g,2,2'-脒基丙烷基鹽酸鹽1.6g,在1mL純水中溶解后，用稀鹽酸調節pH至3.5,加入純水至總量為1600g,將此溶液分成三份，按MPA添加量（g)3.2、1.6、0.48添加MPA,向容量為1800L的100W的水銀燈容器內，分別加入上述溶液1份，用氮氣脫出氧氣后，用UV照射6h進行聚合。反應后，將反應液（含固量10%)黏度用B型黏度劑進行測量，液體組分用色譜儀進行分析，結果分子量分別為6500、14000、48000。

取上述聚合液各50g,加入縮水甘油甲基丙酸鹽（GMA),用氫氧化鈉調pH值為7.5,再添加GMA。于70°C反應3h,將反應液靜置一夜后，用滴定法，檢測聚合體中的氨基量。

用50%的丙烯酰胺與二甲基胺乙基丙烯酸甲酯按90/10~70/30的重量比混合后，用稀鹽酸調節pH值2.5加入含2,2'-脒基丙烷鹽酸鹽0.1%的溶液50mL調至足量的濃度后，加入鏈鎖移動劑，加量為5%,此溶液50mL,加入定量巰基乙酸、鏈鎖移動劑后，在100mL試管中用氮氣置換空氣，在80°C水浴下聚合反應2h,聚合反應完成后，按同樣方法檢測產品質量。

此聚合液用氫氧化鈉調節pH值至7.5,加入含有胺基當量2倍摩耳數的GMA，在50°C反應攪拌4h,在室溫下靜置一夜后，定量分析檢測胺基值，由于80%的GMA參與了反應，生成產物的分子量為20000~1000000。

2.4丙烯酰胺均聚物與共聚物

2.4.1共聚工藝

PAM的共聚工藝采用AM與第二單體（陰離子單體為丙烯酸，最常用的陽離子單體為AC即N,1ST,N"-三甲基銨乙基丙晞酸鹽）在一定的溫度下，由復合引發體系引發進行共聚反應，反應物經熟化得到PAM膠體，經切割、研磨、造粒、干燥、粉碎等過程得到陰離子或陽離子粉狀聚合物。目前世界上大多數PAM產品由共聚工藝技術生產，其陰離子產品的相對分子質量和黏度可達到2000萬以上。該工藝的最大特點是能根據需要調整陰、陽離子度，可滿足各種不同用途的要求。但該工藝對共聚單體的質量要求嚴格，否則就不可能生產出高分子質量的PAM。

2.4.2均聚現場水解工藝

均聚現場水解工藝分為兩個部分，先采用均聚工藝生產非離子PAM干粉；然后再使用水解裝置，將生產的非離子PAM干粉溶解后，再加入氫氧化鈉進行水解，得到陰離子PAM水溶液。

2.4.3前加堿共水解聚合工藝

前加堿共水解工藝采用多元復合低溫引發體系，并在聚合反應過程中添加一種有利于提高聚合度的功能性單體和改善高分子質量聚合物溶解性的助溶劑。聚合反應在釜式或槽式反應器中進行，聚合得到的聚合物膠塊，經切割、造粒、干燥、篩分處理得到粉狀高分子質量陰離子聚丙烯酰胺。該工藝生產的PAM產品，相對分子質量在1900萬。