聚丙烯酰胺的合成技術探析

摘 要:丙烯酰胺的各種均聚物以及共聚物的統稱為聚丙烯酰胺(PAM)，它是一種具有非常高的附加價值還有很高的科技含量的化工產品，具有廣泛的應用前景。本文對國內外近年來聚丙烯酰胺合成技作了歸納總結，最后展望了聚丙烯酰胺的應用前景。

關鍵詞:聚丙烯酰胺聚合反應水溶液聚合乳液聚合

中圖分類號:TQ04文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0132-01

丙烯酰胺的各種均聚物以及共聚物的統稱為聚丙烯酰胺(PAM)，它是一種具有非常高的附加價值還有很高的科技含量的化工產品。其合成技術之所以顯得很重要，主要是因為其在各行各業都有非常廣泛的運用。本文作者從幾個合成方面對其做了簡單的介紹。

1 PAM的合成技術

1.1 水溶液聚合

水溶液聚合時PAM的常用方法，運用廣泛，也是主要的合成技術。其一般方法[1]在氮氣的環境下降丙烯酰胺溶于水，持續五分鐘，目的是為了除去溶解氧，當溫度在三十到六十攝氏度時加入引發劑，在幾個小時之后就可以得到分子量在七萬到七百萬的膠狀物。如果還要得到干粉制劑，則要進行干燥處理。此聚合反應最為重要的就是引發劑，其決定了產物的分子量，引發劑的研究也是至關重要的。目前最為廣泛使用的引發劑就是氧化還原體系，國內外的研究大都集中在有機過氧化物和過硫酸鹽以及多電子轉移還有非過氧化物體系這四大類。

在國內，又人用偶氮二異丁脒鹽作為引發劑得到分子量超過千萬的丙烯酰胺聚合物。其主要原因是IV是一種非常好的氧化還原體系。還有人用自過硫酸鉀、亞硫酸鉀、尿素、草酸作為引發劑合成了分子量高達2.2×107丙烯酰胺聚合物。另外，也有人用丙烯酰胺-過硫酸鉀作為引發劑，同時發現了一些新的反應。

西南石油學院的研究小組運用新型的引發劑引發過聚合反應，也且反應時在不需要氮氣的保護情況下產生的，是在常溫下，同時不需要攪拌的情況下產生的，反應過程也很安全，平穩沒有產生爆聚現象。其產率和效率都非常高，分子量達到了一百萬到五百萬，基本是百分之百的產生。器運用的引發劑主要有氯化銅-亞硫酸氫鈉硫酸錳-亞硫酸氫鈉、氯化鎳-亞硫酸氫鈉以及硫酸亞鐵-亞硫酸氫鈉等。

在國際上，U.D.N.bajpai的研究小組利用扁桃酸和高錳酸鹽作為氧化還原體系成功的引發了聚合反應。同時還深入探討過氧二硫酸鹽和二亞硫酸鹽作為引發劑時的動力學。還有用含氟的雙偶氮類衍生物以及過硫酸鉀作引發劑反應來支撐聚丙烯酰胺的研究。另外、近些年研究較多的就是沛系引發體系。聚合反應是難以控制的的，在國外有人研究出一種連續、自動的檢測裝置。根據裝置的檢測表明，單體和雜質在初期爭奪自由基。在隨后遵循一次之后的規律。

1.2 正反向乳液聚合

合成聚丙酰胺的另一種方法就是乳液聚合的方法。其基本方法是:用汽油等有機溶劑將丙烯酰胺溶解，然后加入乳化劑，強烈攪拌就可以引發反應生成聚丙烯酰胺的聚合物。種種方法具有效率高還有產量高并且質量好的優點。

同樣，此種方法至關重要的就是乳化劑，乳化劑是非常重要的催化劑。

在國內的研究中，張志成等的研究小組用Span 20和Tween 80的混合物為乳化劑得到了丙烯酰胺的微乳液，而后用γ射線引發反應，得到聚丙烯酰胺。

在國際上，Alexander pross的研究小組用季戊四醇肉豆蔻酸鹽和油溶性的偶氮類物做乳化劑和引發劑產生的反應。并深入探討了影響重均分子量和數均分子量的其他因素。實驗結果驗證，微粒的大小尺寸與乳化劑的濃度成反比，而分子量與乳化劑的濃度呈現是正比，而微粒尺寸和引發劑的濃度呈正比，分子量與引發劑的濃度呈反比。XuZushun的研究小組用作乳化劑是聚苯乙烯接枝聚氧化乙烯，其聚合反應在水和甲苯溶液中進行，Biswajit Ray預測與所得實驗結果完全吻合?？梢缘玫较嗤Y果的方法是用甲基異丁烯酸接枝聚氧化乙烯作乳化劑進行的聚合反應。同時也有一些很奇怪的現象在Mircea Teodoresc的研究中出現:當采用雙吡啶做引發劑時，其單體的轉化效率很低，可是如果配合使用1，4，8，11-四甲基-1，4，8，11-四環硅烷時其轉化速率和效率都非常的高。

引發劑及其動力學只是研究內容之一國外對W/O和O/W兩種聚合方式也做了對比研究。引發劑采用過二硫酸胺，丙烯酸丁酯在甲苯W/O和O/W乳液之中的聚合進行了研究。其結果顯示在(W/O的反應速度與O/W的比值是3:2。BA在甲苯/水W/O中反應速度與在W/O的反應速率之比是1:75。這主要是分散系中的油水分散和聚合能力的差別，以及單體自由基的活性能力的差異差生的。J Hao的研究小組發現聚丙烯酰胺的水解明顯受到受微乳液結構的影響。Feng yan的研究小組指出在反應動力學上水/油微乳液聚合呈現兩個階段。乳化前劃入乳化劑是反應速率明顯大于乳化后，火化性能手表面活性劑的影響。

1.3 另外的合成技術

水溶液和乳液兩種聚合方式是兩種常用的方法，但還有其他的方法例如:輻射、熱引發、光引發、沉淀、膠束等。輻射聚合產生的產品其成本低，但過程難以控制，得出的產物不容易分離出來，副產物也比較多的缺點。

由光引發產生的聚合物，用掃描電鏡進行分析之后其呈現的是3-D結構，這種結構的產物可以應用于醫藥行業，其具有很好的生物兼容性。

利用膠束聚合的方法可以合成疏水締合水溶性聚合物，這種聚合物近年來研究非常多，也是一種很頂端的科研項目，這里不再過多說明。

PAM.MG陽離子的聚電解質是國內王久芬等人采用沉淀聚合法得到我們所談的物質，然后與甲醛反應得到的。

2 聚丙烯酰胺的實際應用

PAM在國外主要被用于環保材料，在化工、冶金還有能源等行業都有非常廣泛的運用。其中污水處理和造紙行業運用最為廣泛，是一種較為實用的清潔處理材料。在煤礦行業中也噶廣泛的運用沒在洗礦時水中含有大量的礦物質顆粒，運用聚丙烯酰胺可以很好的使顆粒沉降，同時也避免的廢水外派污染環境。在國內各大油田，如勝利油田，大慶油田則很早就運用聚丙烯酰胺的沉積作用來進行重復采油，效果明顯。

在印染業中能提高產品的光潔度，在養殖業中可以很好的改善水質環境，增加光合作用，在生物醫藥行業也有很好的運用。在化肥、陶瓷、農業、建筑等行業中也有非常好的運用。

參考文獻

[1]王杰民.聚丙烯酰胺的合成與應用[J].化學工程師，1991(2).

[2]馬自俊，金日輝.丙烯酰胺水溶液聚合的幾種氧化還原引發體系的研究[J].精細石油化工，1997(1).

[3]李玉江，吳濤.(N，N′-二乙基)偶氮二異丁脒鹽酸鹽引發下的丙烯酰胺水溶液聚合[J].化學研究與應用，1999，11(4).

[4]孫德君，匡洞庭，張寶軍，等.驅油用超高分子量聚丙烯酰胺的合成[J].精細石油化工，2001(5).

[5]徐相凌，張志成，張曼維.輻射引發丙烯酰胺微乳液聚合[J].高分子學報，1995(3).