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超高分子量聚丙烯酰胺的聚合方法

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超高分子量聚丙烯酰胺的聚合方法

【摘要】:
       聚丙烯酰胺因其具有的良好的水溶性而得到很好的发展,丙烯酰胺因为主链上带有高活性酰基侧基,所以丙烯酰胺的衍生物比较多,而且性能多种多样,例如增粘作用、减阻作用、絮凝作用和表面活性作用等。因此,聚丙烯酰胺由于其具有的广泛添加而具有很多用途,如可以用到钻井、采油、选矿、水处理、化工、食品、造纸、纺织、医药等行业。

       聚丙烯酰胺因其具有的良好的水溶性而得到很好的发展,丙烯酰胺因为主链上带有高活性酰基侧基,所以丙烯酰胺的衍生物比较多,而且性能多种多样,例如增粘作用、减阻作用、絮凝作用和表面活性作用等。因此,聚丙烯酰胺由于其具有的广泛添加而具有很多用途,如可以用到钻井、采油、选矿、水处理、化工、食品、造纸、纺织、医药等行业。

  根据聚丙烯酰胺的不同性质,将聚丙烯酰胺应用到不同领域,聚丙烯酰胺的物理形态主要有四种:即胶体、乳液、水溶液和固体粉末;而根据是否电离出电荷可以分为三种:即阳离子、阴离子、非离子型。

聚丙烯酰胺的聚合方法:
  通常的合成H聚丙烯酰胺方法主要是采用自由基聚合反应,这个反应需要了解AM的一些合成特性。由于AM在水中的链增长活化能为:EP=11.72,向单体的链转移常数为:0.16(25℃)。丙烯酰胺根据以上数据表明是一种活性很大的单体且非常容易聚合。

  合成聚丙烯酰胺较为常用的方法主要包括乳液聚合、悬浮聚合以及水溶液聚合三种。但是乳液聚合在国内没有工业生产实例,乳液聚合的优点是分子量高,且极易溶解,缺点是有效物含量低和影响因素多,且工艺技术复杂不容易掌握。对比乳液聚合,水溶液聚合具有方便、经济又安全的优点,而且链增长速率常数大,链转移和链终止常数小导致反应速率快和分子量高。缺点是干燥能耗大并且易产生降解和交联作用造成溶解困难。

  我国在生产过程中,利用丙烯酰胺均聚后水解,然后与丙烯酰胺均聚共水解反应来生产,由于在共水解过程中会出现反应的重现性差等缺点,这个缺点会导致产物的分子量不稳定,很容易产生断链反应,这主要是由于反应过程中加入了很多的水解剂,而这些水解剂不仅消耗体系的自由基,同时还给整个反应增加了很多不确定因素,产生一些非目的产物,导致得到的产物分子量普遍较低;而后水解在反应过程中不添加水解剂,聚合反应因原料含有大量的自由基而重现性好,产生的终产物聚丙烯酰胺也因为分子之间比较稳定而产生超高分子量产物。

  从聚合物的分子机构可以看出,尽管采用不同工艺,即分别采用共水解和后水解生产得到的聚丙烯酰胺上的—COOH基团分布都比较均匀,这两种工艺的主要区别就是共水解是提前加入到溶液中,这就使得—COOH基团的分布相比于后者就会延展的更均匀。后水解工艺在制取过程中得到的部分H聚丙烯酰胺会因处于水相中而呈现更优良的特性,如增稠能力更好,耐盐抗温和热稳定性更高的特性,出现这种特性的原因主要是因为酰胺基相比于羧钠基具有更好的抗盐和耐温性质。由于丙烯酸在反应过程中与丙烯酰胺反应机理的不同,造成采用共聚方法得到的羧基分布是不均匀的,而丙烯酸只会以嵌段支链的方式连接到分子链上,同时丙烯酸自身具有较低的溶解性,使得得到的水解产物也出现不溶的现象。

  对三种不同工艺生产的终产品质量进行分析,发现采用后水解工艺得到的产品质量是最佳的,然后是采用共水解工艺生产的质量其次,质量最差的是采用共聚工艺的产品。由于共聚反应的产品质量较差,而且溶解性能无法满足正常使用,因此产物多使用到钻井泥浆中,其具有的降滤失反而由于前两者方法生产的产品。目前世界上质量较好的厂家主要有日本日东化学工业公司,该公司生产的水解聚丙烯酰胺因其具有的大分子量、高稳定性而广受好评;采用后水解方法生产公司较多,主要有日本、应该、德国等公司;采用共水解工艺生产的公司主要有法国NSF、马拉松石油公司等,从产品的质量来看,部分水解得到的聚丙烯酰胺质量还是不如部分水解产品。

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