想要深入的了解聚丙烯酰胺和掌握它的化學(xué)特性，那就得對(duì)它的生產(chǎn)工藝有所了解。今天先了解一下聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的生產(chǎn)工藝。陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的合成方法主要有兩種方法：聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子改性法和丙烯酰胺單體與陽(yáng)離子單體共聚法。其中單體共聚法的操作簡(jiǎn)單，設(shè)備規(guī)模小，可以通過(guò)直接操控聚合的反應(yīng)工藝條件達(dá)到對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)和分子量大小控制的目的，所以實(shí)驗(yàn)室研究及工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用自由基共聚法來(lái)獲得各種陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。

  以下內(nèi)容是介紹陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的兩種合成方法：聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子改性法和丙烯酰胺單體與陽(yáng)離子單體共聚法。

  第一種是陽(yáng)離子改性法

   1、非離子聚丙烯酰胺水溶液的陽(yáng)離子化

  此工藝具備流程少、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，李正惠采用溫度為30℃-70℃、pH為9-11的工藝條件，把濃度為5%左右的稀溶液與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)3.5h得到曼尼希加成物，再加入三甲胺反應(yīng)2h得到陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺水溶液陽(yáng)離子化得到的產(chǎn)品有陽(yáng)離子度較低、原料的利用率不高等缺點(diǎn)，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中易生成影響產(chǎn)品性能的不溶性聚合物。

   2 、微乳液進(jìn)行陽(yáng)離子化

  陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑與絮體的形成作用中包括橋連作用和包絡(luò)作用，同時(shí)在絮凝過(guò)程中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大絮團(tuán)，有利于沉降物的分離和清除。采用二氰二胺改性的方法制備了新型的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，對(duì)印染廢水的活性艷紅X-33有很好的凈化效果。微乳液化改性制備的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑由于毒性問(wèn)題而不能應(yīng)用于給水處理領(lǐng)域。

   3 、天然高分子接枝改性陽(yáng)離子聚丙烯酰胺

  近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多的科學(xué)工作者對(duì)天然改性聚丙烯酰胺及相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究和探討，此法制備的絮凝劑有著無(wú)毒、可生物降解、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。

  采用輻射反應(yīng)制備的陽(yáng)離子絮凝劑在處理輕工廢水方面有投藥量少、產(chǎn)生的污泥少、處理效率高等特點(diǎn)。

  曾有專(zhuān)家研究制備合成了一種以天然玉米芯粉、陽(yáng)離子醚化劑和堿性催化劑的混合物為原料的新型陽(yáng)離子絮凝劑。對(duì)其絮凝性能進(jìn)行研究表明，該陽(yáng)離子絮凝劑的絮凝性能比六水氯化鋁和國(guó)產(chǎn)的聚丙烯酰胺要優(yōu)良。

  陽(yáng)離子改性制備的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺工藝簡(jiǎn)單、成本低、相對(duì)分子量較高，但是制備的工藝過(guò)程和改性產(chǎn)物的陽(yáng)離子化程度不容易控制，此外，改性產(chǎn)品中可能殘留有毒性的未反應(yīng)單體。因此，陽(yáng)離子改性制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的工藝方法和合成配方還有待進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。

  第二種方法單體共聚法

  1、水溶液聚合法。在目前已知的各種聚合工藝中，水溶液聚合工藝的應(yīng)用較為廣泛，是生產(chǎn)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的主要方法。陽(yáng)離子單體、丙烯酰胺單體、水均為極性溶劑，依據(jù)相似相容性原理，單體易溶于反應(yīng)體系，同時(shí)，水混合溶液的粘度要小于有機(jī)混合溶液的粘度，所以水溶液聚合的反應(yīng)速率比較容易控制，反應(yīng)熱問(wèn)題容易解決。水溶液聚合法有著可靠性高、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大都采用此法制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。

  水溶液聚合可以概括為以下兩種方法。

   ①熱聚合 。水溶液熱聚合的工藝在陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，工業(yè)上常用的熱聚合引發(fā)劑有過(guò)氧化物、偶氮化合物等過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑。

   ②光聚合法。制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺主要應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室以及相關(guān)檢測(cè)方面。光聚合反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)活化能低，可以在很大的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，比較容易進(jìn)行低溫聚合；光聚合反應(yīng)的速率主要取決于光引發(fā)劑的種類(lèi)、濃度及光照強(qiáng)度，聚合過(guò)程中的速率易控制；由于反應(yīng)過(guò)程中加入的引發(fā)劑量較小，光聚合反應(yīng)可制備高純度的聚合物。此外，光聚合法的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易于操作、反應(yīng)過(guò)程及產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，有可能獲得高分子量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，是目前國(guó)內(nèi)外比較經(jīng)濟(jì)的聚合方法，也是發(fā)展前景非常好的一種合成方法。

  采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、適量引發(fā)劑為原料在弱堿條件下制備了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，討論了引發(fā)劑用量、單體配比、單體總濃度、時(shí)間、溫度等因素對(duì)共聚產(chǎn)物特性粘度的影響。

  雖然水溶液聚合的工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為廣泛，但是水溶液聚合制備的產(chǎn)品分子量偏低，成品的制粉過(guò)程中又容易發(fā)生大分子鏈間的交聯(lián)和降解，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的溶解性能和絮凝性能變差。對(duì)于水溶液聚合中存在的一些問(wèn)題及其合成工藝條件有待于進(jìn)一步研究和完善。

  2、乳液聚合

  乳液聚合有著價(jià)廉、聚合速率快、產(chǎn)物分子量高、易制備環(huán)境友好型產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在著產(chǎn)物的雜質(zhì)較多、產(chǎn)品性能不好等缺點(diǎn)。乳液聚合主要分為以下三種聚合方法：常規(guī)乳液聚合、反向乳液聚合、反向微乳液聚合。

   ① 常規(guī)乳液聚合。聚合單體在水中由乳化劑分散成乳狀狀態(tài)的聚合反應(yīng)稱做正相乳液聚合。徐東平以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和聚醚分散劑等為反應(yīng)原料，制備了一系列的陽(yáng)離子共聚物乳液，并對(duì)其助留助濾性能進(jìn)行了測(cè)試和探討。

   ② 反相乳液聚合。反相乳液聚合具備散熱快、聚合速率大、固含量高等特點(diǎn)，同時(shí)聚合產(chǎn)品的溶解速率快，自動(dòng)化進(jìn)程容易。Aoyama和Obata等人制備了含磺酸基團(tuán)的兩性PAM系列絮凝劑。李琪等進(jìn)行了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺反相乳液共聚的研究，討論了不同配方及工藝條件對(duì)聚合產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量的影響。

反相乳液聚合的優(yōu)點(diǎn)非常的突出，但其產(chǎn)物的相對(duì)分子量較低，同時(shí)存在乳膠液的不穩(wěn)定性、乳膠的粒徑分布寬且易凝聚等缺點(diǎn)，通過(guò)反相乳液法制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的方法有待于進(jìn)一步的提高和完善。

   ③ 反相微乳液聚合。通過(guò)W/O乳化劑將水溶性的單體在非水介質(zhì)中乳化從而聚合得到微膠乳的聚合過(guò)程叫做反相微乳液聚合。法國(guó)科學(xué)家Candau在20世紀(jì)80年代首先提出此工藝。郎愛(ài)華等利用反相微乳液聚合制備了丙烯酰胺/2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（MADQUAT）二元共聚物，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)簿畚锏母?jìng)聚率進(jìn)行了計(jì)算，進(jìn)而研究了共聚物的瞬間組成、平均組成、序列分布及平均序列長(zhǎng)度，結(jié)果表明其反相微乳液共聚過(guò)程趨于無(wú)規(guī)共聚，共聚物低轉(zhuǎn)化率時(shí)瞬間組成與平均組成可以很好的吻合。此外，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的制備方法還包括沉淀聚合、分散聚合等方法。

  通過(guò)共聚法制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的工藝過(guò)程能夠非常準(zhǔn)確的控制共聚產(chǎn)物的陽(yáng)離子度及產(chǎn)物的分子量，得到目標(biāo)聚合物，同時(shí)能比較容易的進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程，其工藝條件使用的范圍較為廣泛。但是通過(guò)此法制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，制備的共聚產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量偏低。通過(guò)單體共聚法制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的工藝及方法還有待改進(jìn)和提高。

  陽(yáng)離子聚丙烯酰胺共聚行為的研究。兩種或多種單體共同參加的聚合反應(yīng)稱為共聚合反應(yīng)，所得的聚合物叫做共聚物。反應(yīng)形成的聚合物中含有兩種或者多種的單體單元。對(duì)于共聚合反應(yīng)來(lái)講，共聚物的組成是其研究的主要內(nèi)容，而競(jìng)聚率是共聚物組成的重要參數(shù)。影響競(jìng)聚率的主要因素有溫度、溶劑極性和pH值、壓力以及某些鹽類(lèi)的存在，競(jìng)聚率的測(cè)定方法主要有曲線擬合法、直線交點(diǎn)法、截距斜率法、積分法等方法，用高分辨率的氫核磁共振法（'HNMR）測(cè)定鏈段分布，有可能計(jì)算出比較合適的反應(yīng)競(jìng)聚率。

  用溶液聚合的方法制備了丙烯酰胺-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物，采用化學(xué)滴定的方法測(cè)定陽(yáng)離子度，從而得到共聚物組成，探討了陽(yáng)離子單體的濃度、單體的不同配比對(duì)聚合產(chǎn)物分子量和陽(yáng)離子度的影響，并由此判斷出丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚形成了嵌均共聚物。

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