絮凝剂聚丙烯酰胺发展初期的合成工艺

 
       聚丙烯酰胺（简称PAM）是一种水溶性高分子助剂，是净水絮凝剂常用的一种。具有絮凝、增稠、稳定胶体和助沉等功能，被广泛用于城市污水处理、工业废水处理、采油、选矿、造纸、涂料、环保及医学生物等方面，在选矿、煤炭及污水处理方面作为絮凝剂使用，具有不可代替的作用。由于目前国内生产能力不足多数还需要大量进口。PAM聚丙烯酰胺生产成本较高，产品 亦较高，影响了PAM作为絮凝剂的广泛使用。作为絮凝剂使用的PAM除了要求分子量大、溶解速度快以外，还要求合成工艺简易操作、成本 较低等。


聚丙烯酰胺初期的三种合成的方法
聚丙烯酰胺主要合成的方法有：
      PAM按其在水溶液中基团的电性可分为两性离子、非离子型、阳离子型和阴离子型，但无论是哪种类型的PAM均是由丙烯酰胺（AM）单体通过自由基聚合而成的均聚物或共聚物，其合成方法有均相水溶液聚合、反相悬浮聚合等。
 
1 均相水溶液聚合法
       均相水溶液聚合是将单体AM和引发剂溶解在水中进行的聚合反应，是聚丙烯酰胺工业生产早、国内用得多的方法。有胶体和粉状产品，其胶体采用8%-10%AM的低浓度或20%-30%AM的中浓度水溶液在引发剂作用下直接聚合而得，干燥后可得粉状产品，水解可得阴离子PAM。该法具有安全、工艺设备简单、对环境污染小等优点，一直是聚丙烯酰胺生产的主要方法。对其合成工艺中引发体系、介质PH、添加剂和温度等影响因素已有深入研究，其中新型引发体系的开发研究是丙烯酰胺水溶液聚合发展的方向，工艺上的改进有采用快速移走反应热以利于提高聚合物的分子量和水溶性，如采用釜外聚合、小规模聚合、带式聚合等。
告诉我们多人研究了用两种等离子体引发丙烯酰胺水溶液聚合的方法，制备了线性超高分子量聚丙烯酰胺，研究了放电时间、放电效率、单体的初始浓度及溶液的PH值等对聚合产物的影响。
在国外，U.D.N.bajpai研究小组在酸性介质中用扁桃酸、高锰酸盐氧化还原体系成功的引发了丙烯酰胺聚合反应。另外，该研究小组还研究了过氧二硫酸盐、二亚硫酸盐引发聚合反应的动力学。Pierre Lebreton 等用含氟的双偶氮类衍生物作引发剂成功的合成了两段和三段的聚丙烯酰胺嵌段共聚物，并监测了其性能。Dionne I Fortenberry通过预聚合的方式借助于过硫酸钾作引发剂合成了聚丙烯酰胺。
 
2 反相乳液聚合和反相悬浮聚合
       反相乳液聚合法是将AM单体水溶液借助W/O型乳化剂分散在油的连续介质中，在引发剂的作用下进行乳液聚合，形成稳定的PAM乳胶产品，经共沸蒸馏脱水后可得粉状PAM，该法聚合过程中散热均匀，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。反相悬浮聚合与反相乳液聚合有许多相同之处，关键在于分散相粒子尺寸大小的控制。决定粒径大小的是搅拌、分散稳定剂（种类、用量）和AM浓度等。用此法可制得分子量高、速溶的PAM珠状物.
多人研究准备聚丙烯酰胺胶乳的方法，以氧化还原体系为引发剂Span-80,OP-4位乳化剂，采用反相乳液聚合工艺。用溴化法测定单体转化率，用黏度法测定聚合物的相对分子质量。讨论了反应时间、引发剂用量、油水比等因素对转化率、相对分子质量和胶乳稳定性的影响。用两种方法得到了转化率大于98%、相对分子质量大于300万的稳定乳胶。
多人采用反相悬浮聚合、加碱水解、共沸脱水的方法合成了分子量达107数量级的粉状速溶的阴离子型聚丙烯酰胺。确定引发体系为K2S2O8-DM-NaHSO3,适宜的反应温度为35℃；研究了水解度与水解时间、温度和水解剂用量之间的关系，结果表明适当增加有机剂可解决反应后期体系黏度大、易交联产生不溶物、不易成粉等问题。
 
3 化学引发体系
       化学引发体系，其组分可以是无机或有机化合物，性质有水溶性或油溶性，如前所述的水溶液聚合、反相乳液聚合和反相悬浮聚合等都可采用化学引发聚合。化学引发聚合是通过化学引发剂热分解或氧化-还原反应产生自由基引发单体反应，也是自由基引发的聚合。在丙烯酰胺的水溶液聚合反应中，引发剂的作用至关重要，它在很大程度上决定了聚合反应后得到产物的分子量、产率和单体残留量等。常采用的引发剂有过氧化物和偶氮化物，在过氧化物中加入少量还原剂就组成了氧化还原引发体系，它是丙烯酰胺聚合反应中应用为广泛的引发剂体系，可分为过硫酸盐、有机过氧化物、多电子转移的氧化还原体系和非过氧化物体系四大类，目前国内外的研究工作也大多集中于此。
多人对丙烯酰胺的水溶液聚合的4种重要氧化还原体系进行了研究，从引发机理出发，通过实验探讨了引发剂种类、引发剂浓度对聚丙烯酰胺分子量的影响。多人对丙烯酰胺水溶液聚合的5类氧化-还原体系进行了研究，探讨了引发剂种类、引发剂浓度、单体浓度以及聚合温度对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响，结果各种引发体系对合成聚丙烯酰胺相对分子质量有显著影响。
 
聚丙烯酰胺的合成原理
      我们知道丙烯酰胺聚合一般都是连锁聚合反应。同时连锁聚合反应的一般方式是由引发剂生产自由基R，然后引发连锁聚合。