陰離子聚丙烯酰胺廠家-高分子聚丙烯酰-非離子聚丙烯酰胺
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河南省鄭州市
聚丙烯酰胺的生產(chǎn)技術(shù)
1893 年Moureu 等人用丙烯酰氯與氨在低溫下制得PAM,1954 年美國率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。我國從20 世紀(jì)60 年代初開始PAM的工業(yè)生產(chǎn),1962 年上海天原化工廠建成我國套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置,生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。PAM及其衍生物都是通過丙烯酰胺(AM)的自由基聚合制成的均聚物或共聚物。具體方法主要有:水溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、懸浮聚合法、沉淀聚合法、輻射聚合法等。對產(chǎn)品的共同要求是相對分子質(zhì)量可控,易溶于水及殘存單體少,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定均一。便于使用和降低成本,是當(dāng)今聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。
水溶液聚合法
水溶液聚合是PAM生產(chǎn)歷史最久的方法,該法安全又經(jīng)濟(jì)合理,至今仍是PAM的主要生產(chǎn)技術(shù)。AM水溶液在適當(dāng)?shù)臏囟认?,幾乎可以使用所有的?/span>由基引發(fā)方式進(jìn)行聚合,聚合過程遵循一般自由基聚合反應(yīng)的規(guī)律。工業(yè)上最常用的是引發(fā)劑的熱分解引發(fā)和氧化還原引發(fā),隨引發(fā)劑種類的不同,聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量有明顯差異。
水溶液聚合法操作簡單,環(huán)境污染少,聚合物產(chǎn)量高且易獲得高相對分子質(zhì)量的聚合產(chǎn)物。目前,水溶液聚合的研究已經(jīng)比較深入,但該法也存在一些缺點(diǎn),聚合溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)低(10%左右,基于總質(zhì)量);在制成干粉過程中,高溫烘干和剪切作用又容易使高分子鏈降解和交聯(lián),使粉劑產(chǎn)品的溶解性、絮凝性降低等。
反相乳液聚合
反相乳液聚合是將單體的水溶液按一定比例加入到油相中,借助于油包水型乳化劑分散在油介質(zhì)中,在引發(fā)劑作用下進(jìn)行乳液聚合,所得產(chǎn)物是穩(wěn)定的被水溶脹的聚合物微粒在油中的膠體分散體,即W/O 型膠乳,經(jīng)共沸蒸餾脫水后得到粉狀PAM。反相乳液聚合體系包括:水溶性AM單體、水溶性陽離子或陰離子功能單體、引發(fā)劑、W/O 型乳化劑、水相、連續(xù)相和助劑等。
AM反相乳液聚合的動力學(xué)和所得聚合物的性質(zhì),取決于乳化劑及引發(fā)劑的種類及濃度、用作分散劑的溶劑的性質(zhì)、溫度以及攪拌速度。反相乳液聚合生產(chǎn)的PAM膠乳與水溶液聚合法生產(chǎn)的水溶膠產(chǎn)品和干粉產(chǎn)品相比較,膠乳的溶解速度快,相對分子質(zhì)量高且分布窄,殘余單體少,聚合反應(yīng)過程中粘度小,聚合速率大,易散熱,生產(chǎn)過程易控制,適宜大規(guī)模生產(chǎn);但該法需大量有機(jī)溶劑,生產(chǎn)成本稍高,技術(shù)較復(fù)雜。
反相微乳液聚合
反相乳液聚合雖然有其優(yōu)點(diǎn),但仍存在產(chǎn)物的平均相對分子質(zhì)量較低,乳膠的粒徑分布寬且容易凝聚等不足,于是人們從常規(guī)反相乳液聚合轉(zhuǎn)向了反相微乳液聚合。微乳液是由油、水、乳化劑和助乳化劑組成的各相同性、熱力學(xué)上穩(wěn)定的、透明或半透明膠體分散體系,其分散相尺寸為納米級。與反相乳液聚合相比,反相微乳液聚合制備的乳液更穩(wěn)定,膠乳粒徑分布更均勻,產(chǎn)物相對分子質(zhì)量高,透明性好,乳膠束粒徑小,徑分布窄,反應(yīng)速率快等優(yōu)點(diǎn)。反相微乳液聚合體系主要由單體水溶液、油相、乳化劑、引發(fā)劑四種基本組分組成,通過聚合得到油包水的聚合物微粒。
反相乳液聚合法特別受到海上采油的重視,這是AM共聚物合成的一個方向。但其工業(yè)化生產(chǎn)受到限制,因?yàn)榫酆蠒r所需表面活性劑與單體之比高,以致于成本太高。
懸浮聚合法
懸浮聚合通常是采用強(qiáng)烈的攪拌將單體或單體混合物分散在介質(zhì)中,成為細(xì)小的微粒再進(jìn)行聚合。工藝的關(guān)鍵在于分散相粒子尺寸的控制,決定粒子尺寸的因素主要是攪拌和分散穩(wěn)定劑等。如在聚合過程中添加無機(jī)鹽(如NaCl、Na2CO3)可調(diào)節(jié)體系的表面張力,增加懸浮穩(wěn)定性而對聚合過程影響不大,但加入少量一元、二元或多元羧酸鹽,則通??墒巩a(chǎn)物分子量增加,聚合速率下降,工業(yè)上可用懸浮聚合法生產(chǎn)粉狀產(chǎn)品。在懸浮聚合中,聚合反應(yīng)是在懸浮于水中的單體液滴內(nèi)進(jìn)行的,所以本質(zhì)上每顆液滴可認(rèn)為是一個小的本體聚合反應(yīng)器,所不同的是單體液滴很小,在水中分散得很好,比本體聚合易于排除聚合熱。懸浮聚合工藝簡單,聚合熱易于排除,操作控制方便,聚合物易于分離、洗滌、干燥,產(chǎn)品也較純凈、均勻、穩(wěn)定,且可直接用于加工成型。但是由于懸浮聚合中,大量的有機(jī)溶劑被使用,生產(chǎn)操作不太安全,有機(jī)溶劑的回收是懸浮聚合中的一個難題,而且聚合成本高,所以懸浮聚合在國內(nèi)也沒有被廣泛采用。
沉淀聚合法
在AM水溶液中加入有機(jī)溶劑,甚至完全是有機(jī)溶劑時,AM可進(jìn)行沉淀聚合。在該聚合反應(yīng)過程中,PAM一旦生成就沉淀析出,使反應(yīng)體系出現(xiàn)兩相,故叫沉淀聚合。沉淀聚合得到的聚合物相對分子量較低,因?yàn)樵?/span>聚合過程中使用的有機(jī)溶劑,對AM的聚合是很活潑的鏈轉(zhuǎn)移劑,此外,當(dāng)聚合物的分子鏈增長到一定長度后便沉淀出來,因而限制了分子鏈的進(jìn)一步增長,但沉淀聚合生成的PAM分子量分布窄,殘余單體少,沉淀聚合體系粘度小,聚合熱易散發(fā),聚合物分離和干燥都比較容易。
分散聚合是一種特殊類型的沉淀聚合,它是由英國ICI公司的研究者們于20 世紀(jì)70 年代初最先提出來的。其單體、穩(wěn)定劑和引發(fā)劑都溶解在介質(zhì)中,反應(yīng)開始前為均相體系,但生成的聚合物不溶在介質(zhì)中,聚合物鏈到達(dá)臨界鏈長后,便從介質(zhì)中沉淀出來。與沉淀聚合不同的是,沉淀出來的聚合物鏈不是形成粉末狀或塊狀的聚合物,而是聚集成小顆粒,它們借助于分散劑穩(wěn)定地懸浮在介質(zhì)中,形成類似于聚合物乳液的穩(wěn)定分散體系。
輻射聚合法
輻射聚合法屬于本體聚合的一種,是指聚合體系只有單體和引發(fā)劑,而不加其他溶劑或稀釋劑的聚合反應(yīng)方法。AM水溶液在輻射作用下進(jìn)行聚合,在30%丙烯酰胺的水溶液中,加入乙二胺四乙酸二鈉等添加劑,脫除氧氣后用Co60 源的γ 射線輻射進(jìn)行引發(fā)聚合,再經(jīng)造粒、干燥、粉碎即得PAM。輻射聚合的優(yōu)點(diǎn)是消耗能量低,反應(yīng)易控制,生產(chǎn)工藝簡單,產(chǎn)品純度高;缺點(diǎn)是難以獲得高線型分子和高聚合率的產(chǎn)品,設(shè)備投資大,產(chǎn)品分子量分布很寬。以Co60γ- 射線引發(fā)的AM水溶液輻射聚合已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,但規(guī)模很小,此法所得產(chǎn)品適用于沙漠改造。
其它聚合方法
除了上述方法以外,還可通過接枝共聚、復(fù)合作用、等離子體聚合來制備高質(zhì)量、多功能的PAM產(chǎn)品。AM、丙烯酸鈉常和淀粉介質(zhì)共聚來制備高吸水樹脂,或與其它大分子單體共聚,從而將AM/AA 接枝在某類膜上,如尼龍膜、聚醚氨酯膜等,用于特殊場合。尚振平合成了端丙烯酸胺基(β- 氨基丙酸)大分子單體,并在水溶液中用硫酸亞鐵與異丙苯過氧化氫組成的氧化- 還原引發(fā)體系來引發(fā)AM、丙烯酸鈉與聚(β- 氨基丙酸)大分子單體的共聚合反應(yīng),合成了聚(丙烯酰胺co 丙烯酸鈉)- g- 聚(β- 氨基丙酸)的接枝共聚物,得到了耐鹽性較好的陰離子型PAM共聚物驅(qū)油劑。