聚丙烯酰胺的合成、改性及应用概述

王晓莉

前言

聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性，高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，由于其优良的性质，广泛应用于水处理、石油开采、造纸、纺织等工业领域，有“百业助剂”之称。本文主要阐述了聚丙烯酰胺主要的合成方法、改性方案和特点以及对聚丙烯酰胺的发展趋势做了分析。

1聚丙烯酰胺的特点

高分子量聚丙烯酰胺因其结构单元中含有酰胺基、易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，可通过接枝、交联等反应得到多种衍生物。

高分子量聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机高分子聚合物，无色无味、无臭、易溶于水，没有腐蚀性。

高分子量聚丙烯酰胺在常温下比较稳定，高温、冰冻时易降解，故其贮存与配制投加时，温度应控制在2℃～55℃时。

2聚丙烯酰胺的合成方法简介

目前，PAM的合成方法根据聚合是否加入其他单体，又可分为均聚和共聚2种，PAM产品形态有水溶液、乳剂和粉剂等。国内外常用的 AM聚合方法有水溶液聚合法，反相乳液聚合法，悬浮聚合法等，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，链引发及链终止反应符合自由基引发聚合的一般规律，故AM的聚合反应为自由基引发聚合反应。

2.1水溶液聚合法

水溶液聚合法是将单体AM和引发剂溶解在水中的聚合反应，是目前应用较广泛和成熟的技术。

2.2反相乳液聚合法

丙烯酰胺单体配制成浓度为30%～60%的水溶液作为分散相，其中加有少量的二乙胺四乙酸和Na2SO4以及氧化-还原引发剂和适量水溶性表面活性剂，其HLB值应较低。用芳烃或饱和脂肪烃作为连续相，其中加有油溶性表面活性剂，其HLB值应较高，如脱水山梨醇油酸酯。Na2SO4具有防止胶乳粒子粘结的作用。

2.3反相悬浮聚合法

反相悬浮聚合是近几年发展起来的新方法。反相悬浮聚合法生产土艺简单、成本低，易实现工业化，产品相对分子质量可達千万以上，溶解性能比水溶液聚合产品好，可直接得到粉状或粒状产品，包装和运输方便。

2.4新的聚合方法

近年来对PAM合成中自由基引发方式的研究有了新进展，采用更为节能环保的引发体系，如光引发聚合、热引发聚合、辐射聚合、等离子体引发聚合、沉淀聚合、胶束聚合等。

3聚丙烯酰胺的改性

3.1 PAM水解反应

高温条件下，水解作用是影响部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液热稳定性的重要因素。因此在选择聚合物和水质时，应充分考虑高温水解作用的影响。影响聚丙烯酰胺水解的条件因素主要有：聚丙烯酰胺溶液浓度，加碱比及温度。

3.2 PAM羟甲基化反应

HPAM与甲醛的羟甲基化反应除受反应温度、反应时间、投料比等因素影响外，聚合物浓度、水解度对羟甲基化程度也有明显影响。HPAM的羟甲基化反应在n（甲醛）：n（PAM）=1：1，温度60℃，pH=8-10，反应2h，羟甲基化率可接近50%。

3.3PAM磺甲基化反应

磺甲基化聚丙烯酰胺是一种阴离子型高相对分子质量的聚合物，易溶于水，水溶液呈弱碱性。用作钻井短处理剂具有良好的增粘及调节流型的能力，抗温、抗盐能力强，能在高温、高盐、高钙镁离子等苛刻条件下保持钻井液的粘度，同时还具有良好的降滤失能力，适用于水基钻井液体系。

3.4 PAM胺甲基化反应

胺甲基化聚丙烯酰胺是一种水溶性阳离子聚合物，主要用于市政污水和各种工业污水的处理，用于油田采油助剂以及造纸添加剂等。

3.5 PAM霍夫曼降解反应

以氧化-还原反应引发聚合AM水溶液，所得聚合物在碱性条件下以次氯酸钠溶液进行酰胺的霍夫曼降解反应。

3.6 PAM交联反应

在酸性条件下加热聚丙烯酰胺水溶液，通过亚胺化反应面生成不溶于水的交联的PAM凝胶。

3.7 PAM与天然高分子化合物的反应

聚丙烯酰胺能与一些天然高分子进行接枝共聚和交联，从而赋予它新的结构和使用性能，在石油工业、造纸工业、矿业、水处理等领域具有广阔的应用前景。

3.8 PAM改性存在的优缺点

4聚丙烯酰胺的未来发展趋势

我国早期多为阴离子聚丙烯酰胺生产厂家，随着全球对环境保护的重视，作为一个严重缺水的国家，我国对水污染的治理力度也在不断加大，由于阳离子聚丙烯酰胺在城市污水处理及工业污水处理污泥脱水环节的不可替代性，国内阳离子PAM生产厂家也逐渐多了起来，由于起步较晚，国内阳离子聚丙烯酰胺的市场规模和产能均较小，普遍存在产品单一、生产设备落后、技术不成熟、质量不稳定等情况，多数为小作坊及中小型企业，尚未达到规模化生产，产品竞争主要集中于低端市场，一些较高端的产品还需依赖进口。而随着国内环保问题的不断凸显，以及各地污水处理厂的开工兴建及投产运行，水处理市场将进一步增容，聚丙烯酰胺系列产品作为水处理领域的关键性产品，其需求量会越来越大，较大的需求量也会吸引更多厂商及国外资本涌入，而聚丙烯酰胺行业也会进入下一个“黄金十年”。

聚丙烯酰胺的产品性质和特点决定了其在多个应用领域中的广泛应用。随着我国石油开采技术的不断创新和国家出台各种环保治理制度与措施，聚丙烯酰胺在石油开采领域及水处理领域的用量将大大增加，未来我国聚丙烯酰胺的市场需求还会迅速增长。这对于聚丙烯酰胺生产企业来说既是机会也是挑战。随着聚丙烯酰胺产业结构的不断优化和聚丙烯酰胺企业自身的不断完善，我国的聚丙烯酰胺产业必将迎来美好的明天。

（淄博职业学院化学工程系山东淄博255013）