聚丙烯酰胺應(yīng)用領(lǐng)域及影響因素

聚丙烯酰胺是一種線型高分子聚合物，化學(xué)式為(C3H5NO)n。在常溫下為堅(jiān)硬的玻璃態(tài)固體。產(chǎn)品有膠液、膠乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。熱穩(wěn)定性良好。能以任意比例溶于水，水溶液為均勻透明的液體。長(zhǎng)期存放后會(huì)因聚合物緩慢的降解而使溶液粘度下降，特別是在貯運(yùn)條件較差時(shí)更為明顯。聚丙烯酰胺作為潤(rùn)滑劑、懸浮劑、粘土穩(wěn)定劑、驅(qū)油劑、降失水劑和增稠劑，在鉆井、酸化、壓裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了廣泛應(yīng)用，是一種極為重要的油田化學(xué)品。

PAM聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）單體經(jīng)自由基引發(fā)聚合而成的水溶性線性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的摩擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類型。聚丙烯酰胺（PAM）不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，  有機(jī)溶劑的溶解性有限，往往需要加熱，否則無(wú)多大應(yīng)用價(jià)值。能以任意比例溶于水，水溶液為均勻透明的液體。分子量的大小對(duì)溶解度影響很小，但當(dāng)溶液濃度高于10%時(shí)，對(duì)于高分子量的聚合物因分子間氫原子的鍵合作用，可呈現(xiàn)出類似凝膠狀的結(jié)構(gòu)。高分子量溶液為假塑性流體。

在適宜的低濃度下，聚丙烯酰胺溶液可視為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鏈間機(jī)械的纏結(jié)和氫鍵共同形成網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)；濃度較高時(shí)，由于溶液含有許多鏈一鏈接觸點(diǎn)，使得PAM溶液呈凝膠狀。PAM水溶液與許多能和水互溶的有機(jī)物有很好的相容性，對(duì)電解質(zhì)有很好的相容性，對(duì)氯化胺、硫酸鈣、硫酸銅、氫氧化鉀、碳酸鈉、硼酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、氯化鋅、硼酸及磷酸等物質(zhì)不敏感。

聚丙烯酰胺為白色粉末或者小顆粒狀物，密度為1.302g/cm3(23℃），玻璃化溫度為153℃，軟化溫度210℃，一般方法干燥時(shí)含有少量的水，干時(shí)又會(huì)很快從環(huán)境中吸取水分，用冷凍干燥法分離的均聚物是白色松軟的非結(jié)晶固體，但是當(dāng)從溶液中沉淀并干燥后則為玻璃狀部分透明的固體，完全干燥的聚丙烯酰胺PAM是脆性的白色固體，商品聚丙烯酰胺干燥通常是在適度的條件下干燥的，一般含水量為5%~15%，澆鑄在玻璃板上制備的高分子膜，則是透明、堅(jiān)硬、易碎的固體。

在缺氧條件下，加熱至210℃因失水而減重；繼續(xù)加熱到210~300℃時(shí)酰胺基分解生成氨和水；當(dāng)溫度升至500℃時(shí)則形成只有原重量40%的黑色薄片。

聚丙烯酰胺溶液的粘度主要反映了液體分子之間因流動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力。內(nèi)摩擦阻力與聚合物的結(jié)構(gòu)、溶劑的性質(zhì)、溶液的濃度及溫度和壓力等因素有關(guān)，它的數(shù)值越大，表明溶液的粘度越大。

溫度對(duì)聚丙烯酰胺粘度的影響

溫度是分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的反映，分子的運(yùn)動(dòng)必須克服分子間的相互作用力，而分子間的相互作用，如分子間氫鍵、內(nèi)摩擦、擴(kuò)散、分子鏈取向、纏結(jié)等，直接影響粘度的大小，故高聚物溶液的粘度會(huì)隨溫度發(fā)生變化。溫度改變對(duì)高聚物溶液粘度的影響是顯著的。聚丙烯酰胺溶液的粘度隨溫度的升高而降低，其原因是高分子溶液的分散相粒子彼此糾纏形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體，溫度越高時(shí)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越容易破壞，故其粘度下降。

水解時(shí)間對(duì)聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺溶液粘度隨水解時(shí)間的延長(zhǎng)而改變，水解時(shí)間短，粘度較小，這可能是由于高聚物還來(lái)不及形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所致；水解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，粘度下降，這是聚丙烯酰胺在溶液中結(jié)構(gòu)發(fā)生松解所致。部分水解聚丙烯酰胺溶于水后離解成帶負(fù)電荷的大分子，分子間靜電排斥作用以及同一分子上不同鏈節(jié)之間的陰離子排斥力導(dǎo)致分子在溶液中伸展并能使分子之間相互纏繞，這就是部分水解聚丙烯酰胺能使其溶液粘度明顯增加的原因。

礦化度對(duì)聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺分子鏈中陽(yáng)離子基團(tuán)相對(duì)于陰離子基團(tuán)數(shù)目較多，凈電荷較多，極性較大，而H20是極性分子，根據(jù)相似相溶原理，聚合物水溶性較好，特性黏度較大；隨著礦物質(zhì)含量的增加，正的靜電荷部分被陰離子包圍形成離子氛，從而與周圍正的靜電荷結(jié)合，聚合物溶液極性減小，黏度減小；礦物質(zhì)濃度繼續(xù)增加，正、負(fù)離子基團(tuán)形成分子內(nèi)或分子間氫鍵的締合作用(導(dǎo)致聚合物在水中的溶解性下降)，同時(shí)加入的鹽離子通過(guò)屏蔽正、負(fù)電荷，拆散正、負(fù)離子間締合而使已形成的鹽鍵受到破壞(導(dǎo)致聚合物在水中的溶解性增大)，這兩種作用相互競(jìng)爭(zhēng)，使得聚合物溶液在較高的鹽濃度(>0.06 mol/L)下粘度保持較小。

分子量對(duì)聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺溶液的粘度隨高聚物分子量的增大而增大，這是由于高分子溶液的粘度由分子運(yùn)動(dòng)時(shí)分子間的相互作用產(chǎn)生。當(dāng)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量約為106時(shí)，高分子線團(tuán)開(kāi)始相互滲透，足以影響對(duì)光的散射。含量稍高時(shí)機(jī)械纏結(jié)足以影響粘度。含量相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，聚合物溶液可視為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鏈間機(jī)械纏結(jié)和氫鍵共同形成網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。含量較高時(shí)，溶液含有許多鏈-鏈接觸點(diǎn)，使高聚物溶液呈凝膠狀。因此，高聚物相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間越易形成鏈纏結(jié)，溶液的粘度越大。

聚丙烯酰胺的主要用于領(lǐng)域

水處理領(lǐng)域

水處理包括原水處理、污水處理和工業(yè)水處理等。在原水處理中與活性炭等配合使用， 可用于生活水中懸浮顆粒的凝聚、澄清。用有機(jī)絮凝劑丙烯酰胺代替無(wú)機(jī)絮凝劑， 即使不改造沉降池， 凈水能力也可提高 20%以上；在污水處理中， 采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循環(huán)的使用率， 還可用作污泥脫水；工業(yè)水處理中用作一種重要的配方藥劑。聚丙烯酰胺在國(guó)外應(yīng)用較大的領(lǐng)域是水處理， 國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的應(yīng)用正在推廣。聚丙烯酰胺在水處理中的主要作用:

（1）減少絮凝劑的用量。在達(dá)到同等水質(zhì)的前提下， 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用， 可以大大降低絮凝劑的使用量；在達(dá)到同等水質(zhì)的前提下， 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用， 可以大大降低絮凝劑的使用量；

（2）改善水質(zhì)。在飲用水處理與工業(yè)廢水處理中， 聚丙烯酰胺與無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用， 可明顯改善水質(zhì)；

（3） 提高絮體強(qiáng)度與沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮體強(qiáng)度高， 沉降性能好， 從而提高固液分離速度， 有利于污泥脫水；

（4）循環(huán)冷卻系統(tǒng)的防腐與防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大減少無(wú)機(jī)絮凝劑的用量， 從而避免無(wú)機(jī)物質(zhì)在設(shè)備表面的沉積， 減緩設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢。

采油中的應(yīng)用

聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學(xué)處理劑，廣泛用于石油開(kāi)采的鉆井、固井、完井、修井、壓裂、酸化、注水、堵水調(diào)剖、三次采油作業(yè)過(guò)程中， 特別是在鉆井、堵水調(diào)剖和三次采油領(lǐng)域。聚丙烯酰胺水溶液具有較高的粘度， 有較好的增稠、絮凝和流變調(diào)節(jié)作用， 在石油開(kāi)采中用作驅(qū)油劑和鉆井泥漿調(diào)節(jié)劑。在石油開(kāi)采的中后期， 為提高原油采收率，我國(guó)目前主要推廣聚合物驅(qū)油和三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)。通過(guò)注入聚丙烯酰胺水溶液， 改善油水流速比，使采出物中原油含量提高。在三次采油中加入聚丙烯酰胺， 可增加驅(qū)油能力， 避免擊穿油層， 提高油床開(kāi)采收率。中國(guó)石油工業(yè)是聚丙烯酰胺的較大用戶， 聚丙烯酰胺的科技進(jìn)步促進(jìn)了中國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展， 石油工業(yè)的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技創(chuàng)新步伐與行業(yè)的發(fā)展。

造紙領(lǐng)域

聚丙烯酰胺在造紙領(lǐng)域廣泛用作助留劑、助濾劑、均度劑等以提高紙張的質(zhì)量、料漿脫水性能、細(xì)小纖維及填料的留著率，減少原材料消耗及對(duì)環(huán)境的污染，用作分散劑，可改善紙的均勻度。聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中主要應(yīng)用在兩個(gè)方面，一是提高填料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對(duì)環(huán)境的污染；二是提高紙張的強(qiáng)度。在紙料中加入聚丙烯酰胺，能提高細(xì)小纖維和填料粒子在網(wǎng)上的留著率，加速紙料的脫水。聚丙烯酰胺的作用機(jī)理是漿料中的顆粒靠電中和或架橋而絮凝得以在濾布上保留下來(lái)。絮塊的形成也能使?jié){料中的水更易濾出，減少了纖維在白水中的流失量，減少環(huán)境污染，又有利于提高過(guò)濾和沉淀等設(shè)備的效率。

其他行業(yè)

食品行業(yè)，用于甘蔗糖、甜菜糖生產(chǎn)中蔗汁澄清及糖漿磷浮法提取。酶制劑發(fā)酵液絮凝澄清工業(yè) ，還用于飼料蛋白的回收、質(zhì)量穩(wěn)定、性能好，回收的蛋白粉對(duì)雞的成活率提高和增重、產(chǎn)蛋無(wú)不良影響，合成樹(shù)脂涂料，土建灌漿材料堵水，建材工業(yè)、提高水泥質(zhì)量、建筑業(yè)膠粘劑，填縫修復(fù)及堵水劑，土壤改良、電鍍工業(yè)、印染工業(yè)等。

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