聚丙烯酰胺化学和物理特性及工业用途

聚丙烯酰胺
   聚丙烯酰胺(cpolyacrylamids)简称PAM，是一种线型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一，聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂，增稠剂，纸张增强剂，以及液体的减阻剂等，广泛应用于水处理、造纸、石油、煤矿、矿冶、地质、轻纺，建筑等工业部门。
一、产品规格及主要技术指标
   技术指标名称 PAM 阴离子 PAM 非离子 PAM 阳离子 PAM 复合离子
   外观 白色或微黄色粉末
   粒径，mm < 2
   固含量(%) ≥ 88
   溶速(mim) ≤ 1.5
   不溶物(%) ≤ 2
   分子量(万) 500-2400 300-600 300-800 800-1500
   水解度(%) 13-30 5-15 离子度5-50 10-20
   注：根据用户要求，分子量控制在表格所定指标的范围内根据市场价格面议

二、PAM物理性质及使用特性
   1、物理性质：分子式(CH2CHCONH2)r
   结构式(CH2-CH0)n
   PAM是一种线型高分子聚合物，它易溶于水，几乎不溶于苯、乙醚、酯类、丙酮等一般有机溶剂，其水溶液几近透明的粘稠液体，属非危险品，无毒，无腐蚀性，固体PAM有吸湿性，吸温性随离子度的增加而增加，PAM热稳定性好，加热到100oC稳定性良好，但在150oC以上时易分解产生氮气，在分子间发生亚胺化作用而不溶于水，密度(克)毫升23oC1.302。玻璃化温度在153oC，PAM在应力作用下表现出非牛顿流动性。
   2、使用特性
   1)絮凝性：PAM能使悬浮物质通过电中和，架桥吸附作用，起絮凝作用。
   2)粘合性：通通过机械的，物理的、化学的作用，起粘合作用。
   3)降阻性：PAM能有效地降低流体的摩擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50-80%
   4)增稠性：PAM在中性和酸性条件下均有增稠作用，当PH值在10oC以上PAM易水解。呈半网状结构时增稠将更明显。
   3、PAM的作用原理简介
   1)PAM用于絮凝时，与被絮凝物种类表面性质，特别是动电位，粘度、浊度及悬浮液的PH值有关，颗粒表面的动电位，是颗粒阻聚的原因加入表面电荷相反的PAM，能速动电位降低而凝聚。
   2)吸附架桥：
   PAM分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，使颗粒形成聚集体而沉降。
   3)表面吸附
   PAM分子上的极性基团颗粒的各种吸附。
   4)增强作用
   PAM分子链与分散相通的各种机械、物理、化学等作用，将分散相牵连在一起，形成网状，从而起增强作用。
三、PAM的合成及工艺
   PAM：由丙烯腈与水在骨架铜催化剂作用下直接反应生成聚丙烯酰胺再经离子交换聚合干燥，等工序即得成品，工艺简介如下：
骨架铜催化剂
   1、催化水合CH2=CHCN+H2O 湿　度 CH2=CHCONH2
   2、聚合nCH2=CHCONH2-引发剂-CH2CHCONH2
   图：PAM工艺流程示意图

四、聚丙烯酰胺主要用途
   聚丙烯酸胺(PAM)分子量高、水溶性好、可调节分子量，并可以引进各种离子基团以得到特定的性能。低分子量是分散材料有效增调剂或稳定剂，高分子量是重要的絮凝剂，它可以制作出亲水而水不溶性的凝胶，它对许多团体表面和溶解物质有良好的粘附力。由于以上性能PAM广泛应用于絮凝、增稠、减阻、拟胶、粘结、阻垢等领域 。
   我公司生产的聚丙烯酰胺，有阳离子，阴离子，非离子，两性离子，四种类型，它们的分别用途。
   1、阴离子聚丙烯酰胺(PAM)主要用途：
阴离子聚丙烯酰胺根据不同用途和用户对产品性能的要求，可选用不同分子量使用。
   1)用于工业废水处理，特别是对于悬浮颗粒、较粗、浓度高、粒子带阳电荷，水的PH值为中性工碱性的污水如钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理效果很好。
   2)饮用水处理。我国很多自来水厂的水源自江河泥少及矿物质含量高，比较混浊，虽经过沉淀处理，但仍达不到要求，需要投加絮凝剂，才能使水质变清，很多自来水厂采用无机絮凝剂，但投加量大，造成污泥量增大效果不好，采用阴离子聚丙烯酰胺作絮凝剂，投加量是无机絮凝的50分之一但效果是无机絮凝剂的几倍至几十倍，特别是我公司生产的聚丙烯酰胺，残余单体已达到食品级(小于0.05%)，接近国外先进水平，无毒，对处理饮用水更为合适，对于有机物污染严重的江河水和阴离子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。
   3)用作淀粉厂及酒精厂的流失淀粉及酒糟的回收。现在很多淀粉厂排出的废水内淀粉很高，排放之后影响环境，浪费资源，投加PAM，使淀粉沉淀，沉淀物经压滤机压滤变成饼类可作饲料，酒精厂大量的酒糟就是采用这种工艺加工的，黑龙江一家亚洲大规模的酒精厂就是聚丙烯酰胺作絮凝剂，对酒糟进行回收的而且取得了很大的经济效益。
   4)用作油田调剖堵水的堵水剂，三次采油的驱油剂。
   5)用作造纸助剂，PAM在造纸方面用途很广泛，可作为长纤维造纸分散剂，干湿增强剂，助留，助滤剂及造纸废水的絮凝剂等。
   2、非离子聚丙烯酰胺(PAM)国标GBI2005.9-92
非离子聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺均聚而成，纯度高，离子化程度低，性能好，用途广，主要用途：
   1)主要用于各种改性聚丙烯酰胺的基础原料。如阴离子聚丙烯酰胺，可根据用途选择不同牌号的非离子聚丙烯酰胺作基础原料进行水解而得，曼尼奇阳离子聚丙烯酰胺，主要的基础原料。
   2)纺织工业助剂，添加一些其它化学品可配制成化学浆料，用于纺织品上浆，可以提高粘着性，渗透性和脱浆的性能，使织品具有防静电性，减少上浆率，减少绞浆斑，布机断头率和落物。
   3)可用作污水处理剂，当污水显配生悬浮液时采用非离子聚丙烯酰胺，作絮凝剂相当合适，这是PAM起的是吸附架桥作用，使悬浮的粒子产生絮凝沉淀。达到净化水的目的，也可作上水处理，本产品无毒性，尤其是和无机絮凝剂配合使用，在水处理效果好。
   4)用9.5份PAM加上0.5份NN一甲叉双丙烯酰胺混溶可作为堤坝、地基、遂道等堵水的化学灌浆剂。
   5)浆PAM溶成0.3%的浓度加入交联剂，喷洒在沙漠上，固化成膜可防沙，固沙，在治理沙漠上，是一个很重要的方法。
   6)PAM的吸湿性很强，它可保持土壤的水份，在干旱的地区，使用PAM进行土壤改良是一个很好的措施。
   7)PAM和木质纤维素配合，再加一些化学助剂，可用油田调剖堵水剂。
   8)可用作建筑业，建筑胶水，内墙涂料等方面。
   3、阳离子：聚丙烯酰胺(PAM)
   阳离子PAM是由乙稀基阳离子单体和丙稀酰胺共聚而成，国标代号PAM，它是一种线型高分子聚合物，其主要用途：
   1)用于污泥脱水根据污泥性质可选用本产品的相应牌号，可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水，脱水时，产生絮团大，不粘滤布，压滤时不散，流泥饼较厚，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。
   2)用于生活污水和有机废水的处理，本产品在配性或碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀，澄清很有效。如生产粮食酒精废水，造纸废水，城市污水处理厂的废水，啤酒废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高 废水、饲料废水，纺织印染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍，因为这类废水普遍带阴电荷。
   3)用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂，用量少，效果好，成本低，特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好，它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。
   4)造纸用增强剂及其它助剂。
   5)用于油田经学助剂，如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂。
   4、两性离子聚丙烯酰胺(PAM)
   两性离子聚丙烯酰胺是由乙烯酰胺是和乙烯基阳离子单体丙烯酰胺单体，水解共聚而成。经红外线光谱分析，该产品链结上不但有丙烯酰胺水解后的“羧基阴电荷，而且还有乙烯基阳电荷。因此，构成了分子链上既有阳电荷，又有阴电荷的两性离子不规则聚合物。
主要用途：
   1)调剖堵水剂，经过油田试验，这种新型两性离子调剖堵水剂的性能要高过其它单一离子特性的调剖堵水剂。
   2)新型的水处理剂，在很多场合处理污水和上水时，阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯配合使用要比单独使用一种离子型聚丙烯酰胺产生非常显著和协同效应，PAM，对降低表面张力的笥能要远远大于同条件下阳离子或阴离子单独存在的能力，为达到降低表面张力的要求，需要同时使用阴离子和阳离子聚丙烯酰胺，便两者如使用不当，会产生白色沉淀物，失去使用效果 。而PAM具有两性离子的特性，它可以完成阴离子、阳离子的配合协同作用，面没有任何沉淀物的产生，特别是对水质情况比较复杂或水的性质经常变化的，使用PAM作为处理絮凝剂更为方便，效果更好。
   3)污泥脱水剂，由于城市污水排放的性质越来越复杂，因此污水处理中对污泥脱水剂的要求越来越高，单一的阳离子聚丙烯酰胺对有些污泥脱水已有些不太适应，因此我公司针对这一种情况开发了PAM这种两性离子的污泥脱水剂，经过对各种污泥进行脱水试验和使用，均优于单一离子特性的聚丙烯酰胺。特别是对炼油厂和化工厂的污泥使用两性离子聚丙烯酰胺进行污涨脱水，其效果更为突出。
   4)在造纸工业中，作为造纸化学品，其效果更是单一特性的PAM不能比的，特别是在助留、助滤方面能提高网下滤水速度，减少纤维填料流失，对湿部系统有较好的作用，对成纸平滑度，强度及两面差有促进和补偿作用。
五、本厂产品使用方法和注意事项:
   1)用户在正式采用本厂产品这前，应先进行小型试验，以便确定更好用量和使用条件，用作絮凝剂时，一般用量在0.1-0.5ppm。
   2)本公司所有产品在使用前，必须先溶解成沉沦，使高链充分伸展后备用，通常非离子和阳离子型产品稀释到0.1%左右，溶解操作要在塑料、陶瓷、不锈钢等的搅拌槽中进行。
因为PAM5的分子链在溶液中是一个无规则的线圈，在制备和溶解时，有部分水包在线圈内，线圈的体积大而饱满，线圈与线圈之间很容易相互缠绕与交联，从外观看有一定粘度，若用离心泵由于叶轮高速旋转使用大分子线圈结构发生变形一部分人中间分离出来，体积变小，线圈间的交联被破坏粘度下降，降低使用效果。
   3)PAM分子链在溶液中受剪切力作用会导致分子链断裂降解，影响性能。故溶液稀释PAM时，应尽可能减少。搅拌时间降低搅拌强度，降低搅拌转速一般应控制在50-50转/分,不宜太快使用PAM溶液时，加剂点应尽可能避开强烈的机械搅拌；输送PAM溶液时，管路要粗，弯头和支管要少，输送泵建议选用莫诺泵或隔莫大洋，而不要选用离心泵。
   4)干粉PAM产品在溶解时要特别注意操作程序，防止颗粒的互相粘连而使溶解操作失败。小型试验时，可选用甲醇、乙醇等有机试剂湿润一下，以改善颗粒在水中的分散性，工业应用时，应先向溶解内加入1/2的水量，开启搅拌，并徐徐倒入PAM干粉然后再补加水到所需的份数。一般搅拌1-2后即可基本全溶，速溶型产品在0.5-1小时内全部溶解，适当加温能加速产品的溶解，但不应超过60oC。
   5)在无机絮凝剂与PAM混合使用时，无机絮凝剂与PAM应分别在二个搅拌设备中溶解，否则会造成二絮凝剂之间的相互作用，而产生凝集，影响效果，使用时应注意加料次序，一般讲，处理粒径在50um以下的微细粒子进，先加无机絮凝剂后，再加PAM溶液。而处理径在50um以上的粗粒子时，先加PAM溶液进行吸附架桥，然后再加絮凝剂。用户使用时，应先进行小型试验来确定投加次序。
   6)作为一般规则，当溶液条件越有利于聚合物分子链伸展，使用效果就越好。故阳离子型PAM适用于配性介质，阴离子型PAM适用于偏碱性的介质，而非离子型PAM适用于酸性或弱碱性介质：有条件的地方，在使用前将PAM溶液稀释到0.01-0.05%，这样有利于分子链在进一步伸展，从而提高使用效果，节省用量。
   7)PAM产品不宜存放在铁制容器里。干粉PAM一般可长期保存性能稳定，但溶解于水的PAM，性能会随时间的增加而下降，且浓度越稀，性能下降越快。0.05-0.1的非离子型或阴离子型PAM溶液仅能存放半个月左右，0.1%北的阳离子型PAM溶液极不稳定，1-2天以后，性能就开始下降，故PAM产品宜既配即用为好。
   8)由于矿物微粒表面的晶格离子排列的不均匀，产生过剩电荷，它对聚丙烯酰胺分子发生了强烈的影响 ，聚丙烯 的架桥作用很难发挥，只能与单个粒子作用，悬浮于浆液中，若适当的调节浆液中的PH值消除部分过剩电荷，可增加絮凝效果。
   9)聚丙烯酰胺的消耗数量与团体微粒的表面积成正比，若矿物和无形沉降的直径很小时，有极大的表面积，需要的聚丙烯酰胺的数量也大。
   10)如果沉降微粒，粘滞性很大，表面疏松且带电荷，如(痒化铁胶粒)炳烯酰胺均匀分布将很困难，降低了沉降及絮凝效果。
   11)作为油田注水增稠剂时， 应用含盐量低的配制和提高聚合物聚合度，因为PAM，PHP的大分子中含有极性基-CNONH2和-COOHl能与水中无机阳离子型成氢键相结合，产生沉降作用，使PAM，PHP的粘度下降达不到预定的效果。
聚丙烯酰胺的毒性：
   PAM本身没有毒性，只有当给入量大于5000PPM时因动物的肠胃粘膜对营养的吸收被粘阻而有害。
   PAM中的残留单体丙烯酰胺(AN)有毒，对于油田基使用及城市污水处理等方面的产品，残余单体一般允许在1%左右，用于食物方面，如饮用水蔗糖法澄清，制造可能与食物接触的纸张等，残留单体含量必须严格控制，一般都在0.05%以下。
   日本环境卫生局于1973年规定，生活用水不得用高分子絮凝剂，1975年规定污水处理的PAM中AM含量≤ 0.05%.
   阳离子聚丙烯酰胺经试验证明，在正常使用时，也是安全的，目前一些国家对于饮用水净化用PAM絮凝剂规定见下表：
   我们国家规定聚丙烯酰酸胺用于食物方面残余单体量也在0.5%以下。而我们公司产品按国家标准检测其含量在0.02%左右，此项已达到国际先进水平。
   国外对饮用水净化用的PAM系列絮凝剂的允许使用标准：
   国名 化用成份 质量规定值 使用规定量
   日本 聚丙烯酰胺聚丙烯酸丙烯胺，-丙烯酸本聚体 丙烯酰胺含量< 0.05%,2PPM以下；96，20PPM以下，H8,1PPM以下。 污水处理暂定标准：排水中的丙烯酰胺浓度为0.01PPM以下 英国 聚丙烯酰胺，聚丙烯，丙烯酰胺-丙烯酰聚体 丙烯酰胺含量0.05% 饮用水处理使用量规定为0.5-1PPM
美国 聚丙烯酰胺，聚丙烯用酸，丙烯酰胺--丙烯酸共聚体 丙烯酰胺含量0.2%以下 饮用水处理最大量规定为1PPM
聚丙烯酸胺 丙烯酰胺含量在0.5%以下 蔬菜，果物洗净用为10PPM以下部分水解聚丙烯酰胺，丙烯酰胺---丙烯酸共聚体 丙烯酰胺含量在0.5%以下 用量为甜菜，糖汁及蔗糖汁重量的5PPM以下 法国 聚丙烯酰胺，聚丙烯酸，丙烯酰胺---丙烯酸共聚体 丙烯酰胺含量在0.05%以 饮用水处理在1PPM以下 苏联 部分水聚丙类酰胺 丙烯酰胺含量0.22%以下 净化水中聚合物剩余量为2PPM以下。