净水处理剂-改性聚丙烯酰胺（一）

丙烯酰胺均聚物和共聚物是用单体丙烯酰胺（AM)聚合而成的一种线型高分子聚合物。聚丙烯酰胺（PAM)及其衍生物是一类新型的精细功能高分子产品，是现代水溶性合成高分子聚电解质中最重要的品种之一。近年来，丙烯酰胺的生产获得较大的发展，纳米聚丙烯酰胺作为重要的精细化工新产品也在更多的领域中开拓出更新的用途。

1理化性能

PAM分为干粉和胶体两种，干粉为白色或灰色粉末，胶体为淡黄色，必须先溶解后才能应用。

聚丙烯酰胺由于丙烯酰胺含有双官能团（双键和酰胺基），因此具有酰胺和不饱和烯烃的性质。聚丙烯酰胺分子量从数万到数百万。根据其官能团不同又分为非离子型、阳离子型、阴离子型。PAM分子卷曲成团，链上活性基团不能充分伸展，实际应用时，一般需提前水解。PAM在碱性条件下，可迅速引起水解，使酰胺基——CONH2转化为羧酸基——COOH,使链状分子长度增加，水解后成为PAM和聚丙烯酸钠的共聚物。

2工艺技术

针对不同用途、不同形态的要求，PAM—般有如下几种聚合工艺：共聚、乳液聚合、均聚现场水解、前加碱共水解和均聚后水解工艺。

工业上PAM及其衍生物都是经过AM自由基聚合制造的。聚合方法按单体在介质中的分散状态分类主要有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。按单体和聚合物的溶解状态分类可分为均相聚合和非均相聚合。AM的自由基聚合主要分为均相水溶液聚合法、反相乳液聚合法、悬浮聚合法等，以获得各种剂型的产品。PAM产品主要有三大剂型：水溶液胶体、粉状和乳液，每种剂型中都有不同离子型产品。丙烯酰胺聚合所采用的引发手段有利用各种辐射、光（可见光和紫外线）、超声波、电流或在聚合条件下易分解的化合物引发聚合。

丙烯酰胺（AM)的聚合反应属于自由基引发体系，引发方法有引发剂引发和聚合引发两种。引发剂主要是过氧化物和偶氮化合物。其基本原理都是基于AM在引发剂的作用下，进行自由基引发聚合，生成聚丙烯酰胺。

AM聚合过程中链增长，链引发及链终止的反应符合自由基引发聚合的一般规律，AM的聚合反应为自由基引发聚合反应。

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，加入一定量的添加剂、引发剂、用硫酸调节体系pH值为3,然后开始搅拌、充氮，逐渐升至一定温度反应1h,冷却、出料，即得胶状阳离子型PAM。

聚丙烯酰胺的生产过程主要由聚合、造粒、干燥三部分组成，其中聚合是最重要的部分。聚合工艺是将27%AM水溶液及引发剂灌注到一条宽1.5m,长20m以一定速度运行的输送带上，铺成薄层，在氮气氛中进行连续薄片聚合，所得聚合物为白色多层凝胶板，胶板在输送带终端切成条，经干燥、粉碎后得产品。

2.2乳液聚合法

乳液聚合是将单体水溶液按一定的比例加入到油相中均匀混合，在乳化剂的作用下形成油包水乳液。将系统用氮气吹扫，在加入催化剂（叔丁基过氧化物）前先将反应混合物加热到预定的温度，加入催化剂后，通过冷却使反应在预定的温度下进行，AM单独或与第二单体在此环境中进行聚合反应，聚合完成后将反应混合物过滤，得到质量分数为25%的乳液聚合物产品。

将水溶性单体AM借助表面活性剂（多采用非离子型表面活性剂，如spon,Tweem,op等）的作用使AM单体分散在水相中形成乳化体系并在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高品质速溶的PAM胶乳产品。经共沸蒸馏脱水后即可得粉状PAM。聚合反应是在分散于120#油相中的AM微粒中进行，聚合过程中放出的热量散发均匀，反应体系平稳，易控制，适合于制备高分子量且分子量分布窄的PAM胶乳或干粉型产品。PAM干粉生产在国内外大都采用25%~30%的中浓度AM水溶液聚合法。

美国氰特公司开发出了新的乳液聚合工艺，使产品的质量分数达25%以上，并具有黏度高、过滤比低、不溶物低、溶解性好、分子质量分布窄的特点，其PAM的最高相对分子质量可达2700万以上。由于乳液聚合工艺的产品为25%的乳液，在生产过程中减少了聚合物胶体的切割、造粒、干燥等程序，降低了聚合物工厂的设备投入和能耗。但同时也增加了产品的运输和储存成本，而且在生产过程中需用大量的有机溶剂。

丙烯酰胺与乙烯基吡啶胶束共聚合的方法是：在装有去离子水、温度计、搅拌器、冷凝管的四口烧瓶中，放入AM。水浴加热，升温到50°C,高纯氮保护，加引发剂和4-Vp,保持恒定的温度，搅拌约50min,滴加引发剂后，反应数小时。典型配方：AM用量为0.41mol/L,4-Vp用量为0.21mol/L,引发剂中过硫酸钾和亚硫酸氢钠的量比为1:1。

2.3辐射聚合法

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'-脒基丙烷基盐酸盐1.6g,在1mL纯水中溶解后，用稀盐酸调节pH至3.5,加入纯水至总量为1600g,将此溶液分成三份，按MPA添加量（g)3.2、1.6、0.48添加MPA,向容量为1800L的100W的水银灯容器内，分别加入上述溶液1份，用氮气脱出氧气后，用UV照射6h进行聚合。反应后，将反应液（含固量10%)黏度用B型黏度剂进行测量，液体组分用色谱仪进行分析，结果分子量分别为6500、14000、48000。

取上述聚合液各50g,加入缩水甘油甲基丙酸盐（GMA),用氢氧化钠调pH值为7.5,再添加GMA。于70°C反应3h,将反应液静置一夜后，用滴定法，检测聚合体中的氨基量。

用50%的丙烯酰胺与二甲基胺乙基丙烯酸甲酯按90/10~70/30的重量比混合后，用稀盐酸调节pH值2.5加入含2,2'-脒基丙烷盐酸盐0.1%的溶液50mL调至足量的浓度后，加入链锁移动剂，加量为5%,此溶液50mL,加入定量巯基乙酸、链锁移动剂后，在100mL试管中用氮气置换空气，在80°C水浴下聚合反应2h,聚合反应完成后，按同样方法检测产品质量。

此聚合液用氢氧化钠调节pH值至7.5,加入含有胺基当量2倍摩耳数的GMA，在50°C反应搅拌4h,在室温下静置一夜后，定量分析检测胺基值，由于80%的GMA参与了反应，生成产物的分子量为20000~1000000。

2.4丙烯酰胺均聚物与共聚物

2.4.1共聚工艺

PAM的共聚工艺采用AM与第二单体（阴离子单体为丙烯酸，最常用的阳离子单体为AC即N,1ST,N"-三甲基铵乙基丙晞酸盐）在一定的温度下，由复合引发体系引发进行共聚反应，反应物经熟化得到PAM胶体，经切割、研磨、造粒、干燥、粉碎等过程得到阴离子或阳离子粉状聚合物。目前世界上大多数PAM产品由共聚工艺技术生产，其阴离子产品的相对分子质量和黏度可达到2000万以上。该工艺的最大特点是能根据需要调整阴、阳离子度，可满足各种不同用途的要求。但该工艺对共聚单体的质量要求严格，否则就不可能生产出高分子质量的PAM。

2.4.2均聚现场水解工艺

均聚现场水解工艺分为两个部分，先采用均聚工艺生产非离子PAM干粉；然后再使用水解装置，将生产的非离子PAM干粉溶解后，再加入氢氧化钠进行水解，得到阴离子PAM水溶液。

2.4.3前加碱共水解聚合工艺

前加碱共水解工艺采用多元复合低温引发体系，并在聚合反应过程中添加一种有利于提高聚合度的功能性单体和改善高分子质量聚合物溶解性的助溶剂。聚合反应在釜式或槽式反应器中进行，聚合得到的聚合物胶块，经切割、造粒、干燥、筛分处理得到粉状高分子质量阴离子聚丙烯酰胺。该工艺生产的PAM产品，相对分子质量在1900万。