聚丙烯酰胺的合成、改性及應用概述

王曉莉

0 前言

聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺（AM）單體經自由基引發聚合而成的水溶性線性，高分子聚合物，不溶于大多數有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的摩擦阻力，由于其優良的性質，廣泛應用于水處理、石油開采、造紙、紡織等工業領域，有“百業助劑”之稱。本文主要闡述了聚丙烯酰胺主要的合成方法、改性方案和特點以及對聚丙烯酰胺的發展趨勢做了分析。

1 聚丙烯酰胺的特點

高分子量聚丙烯酰胺因其結構單元中含有酰胺基、易形成氫鍵，使其具有良好的水溶性和很高的化學活性，可通過接枝、交聯等反應得到多種衍生物。

高分子量聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺單體聚合而成的有機高分子聚合物，無色無味、無臭、易溶于水，沒有腐蝕性。

高分子量聚丙烯酰胺在常溫下比較穩定，高溫、冰凍時易降解，故其貯存與配制投加時，溫度應控制在2℃～55℃時。

2 聚丙烯酰胺的合成方法簡介

目前， PAM的合成方法根據聚合是否加入其他單體，又可分為均聚和共聚2種，PAM產品形態有水溶液、乳劑和粉劑等。國內外常用的 AM聚合方法有水溶液聚合法，反相乳液聚合法，懸浮聚合法等，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，鏈引發及鏈終止反應符合自由基引發聚合的一般規律， 故AM的聚合反應為自由基引發聚合反應。

2.1 水溶液聚合法

水溶液聚合法是將單體AM和引發劑溶解在水中的聚合反應，是目前應用較廣泛和成熟的技術。

2.2反相乳液聚合法

丙烯酰胺單體配制成濃度為30%～60%的水溶液作為分散相，其中加有少量的二乙胺四乙酸和Na2SO4以及氧化-還原引發劑和適量水溶性表面活性劑，其HLB值應較低。用芳烴或飽和脂肪烴作為連續相，其中加有油溶性表面活性劑，其HLB值應較高，如脫水山梨醇油酸酯。Na2SO4具有防止膠乳粒子粘結的作用。

2.4反相懸浮聚合法

反相懸浮聚合是近幾年發展起來的新方法。反相懸浮聚合法生產土藝簡單、成本低，易實現工業化，產品相對分子質量可達千萬以上，溶解性能比水溶液聚合產品好，可直接得到粉狀或粒狀產品，包裝和運輸方便。

2.5新的聚合方法

近年來對PAM合成中自由基引發方式的研究有了新進展，采用更為節能環保的引發體系，如光引發聚合、熱引發聚合、輻射聚合、等離子體引發聚合、沉淀聚合、膠束聚合等。

3 聚丙烯酰胺的改性

3.1 PAM水解反應

高溫條件下，水解作用是影響部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液熱穩定性的重要因素。因此在選擇聚合物和水質時，應充分考慮高溫水解作用的影響。影響聚丙烯酰胺水解的條件因素主要有：聚丙烯酰胺溶液濃度，加堿比及溫度。

3.2 PAM羥甲基化反應

HPAM與甲醛的羥甲基化反應除受反應溫度、反應時間、投料比等因素影響外，聚合物濃度、水解度對羥甲基化程度也有明顯影響。HPAM的羥甲基化反應在n（甲醛）：n（PAM）=1：1，溫度60℃，pH=8-10，反應2h，羥甲基化率可接近50%。

3.3 PAM磺甲基化反應

磺甲基化聚丙烯酰胺是一種陰離子型高相對分子質量的聚合物，易溶于水，水溶液呈弱堿性。用作鉆井短處理劑具有良好的增粘及調節流型的能力，抗溫、抗鹽能力強，能在高溫、高鹽、高鈣鎂離子等苛刻條件下保持鉆井液的粘度，同時還具有良好的降濾失能力，適用于水基鉆井液體系。

3.4 PAM胺甲基化反應

胺甲基化聚丙烯酰胺是一種水溶性陽離子聚合物，主要用于市政污水和各種工業污水的處理，用于油田采油助劑以及造紙添加劑等。

3.5 PAM霍夫曼降解反應

以氧化-還原反應引發聚合AM水溶液，所得聚合物在堿性條件下以次氯酸鈉溶液進行酰胺的霍夫曼降解反應。

3.6 PAM交聯反應

在酸性條件下加熱聚丙烯酰胺水溶液，通過亞胺化反應面生成不溶于水的交聯的PAM凝膠。

3.7 PAM與天然高分子化合物的反應

聚丙烯酰胺能與一些天然高分子進行接枝共聚和交聯，從而賦予它新的結構和使用性能，在石油工業、造紙工業、礦業、水處理等領域具有廣闊的應用前景。

3.8 PAM改性存在的優缺點

4 ?聚丙烯酰胺的未來發展趨勢

我國早期多為陰離子聚丙烯酰胺生產廠家，隨著全球對環境保護的重視，作為一個嚴重缺水的國家，我國對水污染的治理力度也在不斷加大，由于陽離子聚丙烯酰胺在城市污水處理及工業污水處理污泥脫水環節的不可替代性，國內陽離子PAM生產廠家也逐漸多了起來，由于起步較晚，國內陽離子聚丙烯酰胺的市場規模和產能均較小，普遍存在產品單一、生產設備落后、技術不成熟、質量不穩定等情況，多數為小作坊及中小型企業，尚未達到規模化生產，產品競爭主要集中于低端市場，一些較高端的產品還需依賴進口。而隨著國內環保問題的不斷凸顯，以及各地污水處理廠的開工興建及投產運行，水處理市場將進一步增容，聚丙烯酰胺系列產品作為水處理領域的關鍵性產品，其需求量會越來越大，較大的需求量也會吸引更多廠商及國外資本涌入，而聚丙烯酰胺行業也會進入下一個“黃金十年”。

聚丙烯酰胺的產品性質和特點決定了其在多個應用領域中的廣泛應用。隨著我國石油開采技術的不斷創新和國家出臺各種環保治理制度與措施，聚丙烯酰胺在石油開采領域及水處理領域的用量將大大增加，未來我國聚丙烯酰胺的市場需求還會迅速增長。這對于聚丙烯酰胺生產企業來說既是機會也是挑戰。隨著聚丙烯酰胺產業結構的不斷優化和聚丙烯酰胺企業自身的不斷完善，我國的聚丙烯酰胺產業必將迎來美好的明天。