產 品 說 明
聚丙烯酰胺 用途與合成方法
高分子聚合物 聚丙烯酰胺簡稱PAM。通常是丙烯酰胺單體頭尾鍵接結構的高分子聚合物，在常溫下為堅硬的玻璃態固體。由于制法不同，產品有白色粉末、半透明珠粒和片狀等。密度1.302g/cm3 (23℃)，玻璃化溫度153℃，軟化溫度210℃。 具有良好的熱穩定性。溶于水，水溶液呈清澈透明狀，其粘度隨聚合物分子量的增加明顯變粘，并與聚合物的濃度變化呈對數增減關系。
由丙烯酰胺單體自由基聚合而成，可采用溶液聚合、反相乳液聚合、懸浮聚合和固態聚合幾種方法。要求產品的分子量可控、水易溶解和殘余單體少。
聚丙烯酰胺是水溶性聚合物中應用為廣泛的品種之一，其分子主鏈上帶有大量側基酰胺基。酰胺基的化學活性很大，可以和多種化合物生成一系列衍生物。聚丙烯酰胺具有絮凝、增稠、減阻、粘接、穩定膠體、成膜和阻垢等多種功能，廣泛地用于造紙、采礦、洗煤、冶金、石油開采等工業部門，是水處理的重要化學品。
丙烯酰胺單體聚合生成聚丙烯酰胺的化學反應路線圖
圖1為丙烯酰胺單體聚合生成聚丙烯酰胺的化學反應路線圖。
化學性質 聚丙烯酰胺對熱比較穩定，它的固體在220～230℃才軟化，它的水溶液在110℃以后才明顯發生降解。聚丙烯酰胺不溶于苯、甲苯、二甲苯、汽油、煤油、柴油，但溶于水。聚丙烯酰胺與堿反應，產生部分水解聚丙烯酰胺，在強酸性(pH≤2.5)下產生亞胺化反應，減少它在水中溶解度。能為醛(如甲醛)及金屬(如鋁、鉻、鋯等)的多核羥橋絡離子所交聯，并易為機械和(或)氧的作用所降解。在采油中，主要用作驅油劑、堵水劑、調剖劑、增粘劑、降阻劑、水處理劑等。
物理性質 在水中的溶解度：在機械快速攪拌下，聚丙烯酰胺很易溶于冷水中而形成透明的膠粘溶液。提高溫度并不影響其溶解度，僅在溶液濃度增至高粘度時，其溶解才會受到限制。
其他溶劑中的溶解性：聚丙烯酰胺在甘油、乙二醇、甲醛、冰醋酸和乳酸(這些物質可用作聚丙烯酰胺復膜的增塑劑)等溶劑中，有1%以上的溶解度。在丙酸、丙二醇等溶劑中僅能膨潤而不溶解，不能溶于丙酮和己烷等溶劑中。
穩定度：聚丙烯酰胺有中等程度的吸濕性，若不暴露在溫度的地點則粉末狀的聚丙烯酰胺可長期貯存。對于液體聚丙烯酰胺，當其濃度大于17%時，可貯存一年以上，而溶液粘度并無顯著變化。在pH值3～9范圍內，能維持有良好的穩定度；在較高pH值時，則粘度會有逐漸增加。
混容性：在通常使用的濃度下，聚丙烯酰胺可與大多數天然或合成水溶性樹脂、大多數膠乳系統和大多數鹽類具有混容性。聚丙烯酰胺還可與非離子型、陽離子型和陰離子型表面活性劑迅速混容，但某些表面活性劑可能影響其粘度。
粘度：聚丙烯酰胺溶液的粘度與其分子量呈線性關系，另外，溫度越高，則粘度越低。
特性粘度：聚丙烯酰胺的分子量增長，則其特性粘度增大。
離子性：聚丙烯酰胺的長鏈上帶有羧基就是陰離子型，帶有胺基就是陽離子型。由于聚丙烯酰胺的長鏈上有羧基或胺基，則遇到鋁離子就易于絮凝。
留著性：聚丙烯酰胺與皂型松香膠的留著趨勢是一致的，但前者的留著率高。
毒性：聚丙烯酰胺本身沒有毒性，但其中如含有尚未聚合的單體(有雙鍵)對人體就有毒性。為此在生產制備終了時，應添加一定量的碳酸氫鈉以去掉剩余的單體。
陰離子與陽離子型聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺，分子量高，水溶性強，可以引進各種離子基團并調節分子量以得到特定的性能，對許多固體表面和溶解物質有良好的粘附力， 能和分散于溶液中的懸浮粒子吸著和架橋，使懸浮粒子絮凝，便于過濾和分離。
陰離子聚丙烯酰胺在造紙業中用作漿內添加劑，具有較好的助留助濾作用。分子量大于350萬時對長纖維紙漿的 分散有特別好的效果。此外還可用作水處理劑。 石油工業中用作油田泥漿處理劑，增稠劑，助沉 劑等。煤炭工業中用作洗煤添加劑。
陰離子聚丙烯酰胺通常有兩種制備方法，一種是共聚法，即由丙烯酰胺與丙烯酸或丙烯酸鈉水溶液共聚制備；一種是化學轉化法，即由聚丙烯酰胺部分堿性水解，或由聚丙烯腈堿性水解制備。下面介紹共聚法，生產工藝簡單，易于控制。具體方法是將濃度為20%丙烯酰胺和丙烯酸鈉水溶液按一定比例混合。這種混合單體200份中加入1份1%的EDTA溶液，然后將其加入460份去 離子水中，在不斷通氮氣條件下加入5%的過硫酸銨和亞硫酸氫鈉溶液各2～3份，在40～50℃攪拌3～4小時即成。
制備陰離子聚丙烯酰胺的化學反應路線圖
圖2為制備陰離子聚丙烯酰胺的化學反應路線圖
陽離子聚丙烯酰胺具陽離子性，故對陰離子性物質如纖維素等有強烈絮凝、吸附作用。造紙業中作為助留劑，能增加填料和細小纖維留著率；作為助濾劑，可使漿料絮凝，加速濕紙層在紙機網部的濾；作為中性施膠沉淀劑，能代替部分明礬，使松香膠在較高的pH值條件下沉淀和吸附在纖維間。也可加水中的纖維的沉降和紙漿廢水中懸浮物的 絮凝，可用于紙廠的廢水處理。
制備方法：丙烯酰胺水溶液聚合法是制備聚丙烯酰胺的常用方法。按引發方式有熱引發和氧化-還原引發 等不同方法。采用過硫酸鹽熱引發所得聚合物分子量一般較小，約為20～100萬。而用氧化-還原 引發所得聚合物分子量較高，可達300～400萬左右。作為造紙業使用的助留助濾劑的聚丙烯酰胺分子量較大為好。下面介紹的為氧化-還原引發聚 合。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。得到游離氨基含 量約1%的丙烯酰胺-氨基乙烯共聚物。
后以鹽酸中和并調pH值到5.5～6。所得產物具有陽離子性，是一種應用性能較好，成本低廉的陽離子聚丙烯酰胺。
聚丙烯酰胺凝膠電泳 聚丙烯酰胺凝膠電泳是對DNA、RNA及蛋白質分析與分離的重要手段之一。離子和帶電荷的大分子在電場內泳動，泳動的速度依據其分子大小和形狀，分子上所帶電荷的強弱，通電流的強度以及介質對電流抵抗的大小而變化，因而行成分開的條帶。
(1) DNA聚丙烯酰胺凝膠電泳：PAGE可根據電泳樣品的電荷，分子大小及形狀的差別分離物質，即具有分子篩效應，又具備靜電效應，分辨率瓊脂糖電泳。適用于寡核苷酸的分離和DNA的序列分析。與瓊脂糖電泳相比，具有如下優點：
1.1 分辨力強，即使大的片段比小的片段長500倍也能很好地分離；
1.2 所能裝載的DNA量遠遠大于瓊脂糖凝膠；
1.3 從PAGE中回收DNA純度很高，可適用于要求高的實驗。
(2) RNA聚丙烯酰胺凝膠電泳垂直板凝膠電泳：可以同時進行幾個不同RNA樣品或大劑量RNA樣品的分離和分析。
(3) 蛋白質聚丙烯酰胺凝膠電泳：
3.1 SDS變性不連續聚丙烯酰胺凝膠電泳原理是根據蛋白質分子量的差異，SDS是一種陰離子表面活性劑，能與蛋白質的疏水部分結合，使蛋白質帶上大量SDS陰離子。蛋白質分子由此帶上大量負電荷，并遠遠超過其原來所帶的電荷。因此蛋白質之間有電荷的差異就無顯著效應。SDS還使蛋白質的結構變得疏松，形狀趨于一致，SDS-蛋白質復合物泳動的快慢只與分子量有關。PAGE不僅具有分子篩作用，還有濃縮效應。由于不連續pH梯度作用，樣品被壓縮成一條狹窄區帶，從而提高了分離效果。
3.2 非變性不連續聚丙烯酰胺凝膠電泳：該電泳系統的試劑、材料、制膠、電泳等操作過程與SDS-PAGE完全相同。的區別是所有的試劑均不含SDS。
3.3 非變性連續聚丙烯酰胺凝膠電泳：連續電泳系統是采用一種pH值，一層凝膠和一種緩沖液系統。操作同SDS-PAGE。
食品添加劑大允許使用量大允許殘留量標準
添加劑中文名稱 允許使用該種添加劑的食品中文名稱 添加劑功能 大允許使用量（g/kg） 大允許殘留量（g/kg）
聚丙烯酰胺 食品 食品工業用加工助劑 / 一般應在制成后成品之前出去，有規定食品中殘留量的除外
化學性質 本品為無色或微黃色稠厚膠體，無臭，中性。溶于水，不溶于乙醇、丙酮。溫度120℃。具有絮凝，沉降，補強作用。
用途 在水處理工業中用作絮凝劑。亦用于石油地質鉆探配置不分散低固相泥漿的脫除。
用途 制糖工業中沉降劑(助糖劑)；成膜劑。
用途 用作土壤改良劑、絮凝劑，并可用于紡織上漿和造紙的補強
用途 用作煤田、油田降水劑和絮凝劑
用途 用作中性、堿性介質的絮凝劑，并可用作鉆井泥漿添加劑
用途 用作油田泥漿處理劑、污水處理劑，并用于紡織上漿、紙張補強
用途 聚丙烯酰胺是重要的水溶性聚合物，而且兼具絮凝性、增稠性、耐剪切性、降阻性、分散性等寶貴性能。這些性能隨著衍生物離子的不同而各有側重。因而在采油、選礦、洗煤、冶金、化工、造紙、紡織、制糖、醫藥、環保、建材、農業生產等部門都有廣泛的使用。
用途 用作水基鉆井液的絮凝劑，能改善鉆井液流變性能，減少摩阻等功能。
用途 廣泛應用于石油化工、冶金、煤炭、選礦和紡織等工業部門，用作沉淀絮凝劑、油田注水增稠劑、鉆井泥漿處理劑、紡織漿料、紙張增強劑、纖維改性劑、土壤改良劑、土壤穩事實上劑、纖維糊料、樹脂加工劑、合成樹脂涂料、粘合劑、分散劑等。
生產方法 丙烯腈在銅催化劑作用下水合得到丙烯酰胺，再K2S2O8作用下聚合為聚丙烯酰胺。銅鋁合金經堿處理水洗后制成崔化劑，裝入水合反應器中，丙烯腈原料抽至貯罐再放入計量罐中，離子交換處理后的純水送入計量罐中，然后按比例用泵經原料預熱器連續注入水合反應器，控制85-125℃進行水合反應生成丙烯酰胺水溶液，余下丙烯腈經閃蒸塔去冷凝器回收流入水計量罐循環使用，而丙烯酰胺溶液從閃蒸罐流入貯罐，用泵送至高位槽去樹脂交換柱，進入貯槽配成7-8%濃度單體，送往聚合釜制成膠狀體聚丙烯酰胺包裝即為成品。
生產方法 膠體聚丙烯酰胺 將1 200 kg去離子水加入水解釜中，在攪拌下加入丙烯腈、0.3 kg氫氧化鋁、氫氧化銅復合催化，在85～125 ℃下進行水解反應。反應結束后蒸出未反應單體丙烯腈。將丙烯酰配成7%～8%的水溶液，加入聚合釜。在過硫酸銨引發下進行聚合反應。
高分子量聚丙烯酰胺 將丙烯腈在110～140 ℃、0.3 MPa下水解合成丙烯酰胺。將丙烯酰胺加入已裝有去離子水的聚合釜中，在過硫酸銨50 mg/kg引發下反應8～24 h。然后在堿性條件下，于70～80 ℃下水解得產品。
生產方法 由丙烯腈催化成丙烯酰胺，再在K2S2O8存在下聚合成聚丙烯酰胺。
生產方法 將計量的丙烯腈投入反應釜中，加入催化劑量的銅系催化劑。在攪拌下升溫至85～120℃。反應壓力控制在0.29～0.39 MPa。在連續化操作中，進料含量控制在6.5%。空速約為5h-1。反應得到丙烯酰胺加入聚合釜，再加入一定量的去離子水。在 過硫酸鉀引發下進行聚合反應，反應開始10min后加入適量的10%的亞硫酸氫鈉。緩緩升溫至64℃后，冷卻反應混合物，在55℃反應6h左右。減壓在真空下于80℃左右脫除未反應單體，即得成品。

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