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 参考资料
 
 

国内外工业生产聚丙烯酰胺的方法

  • 目前国内外工业生产聚丙烯酰胺方法有以下几种。
  • 水溶液聚合方法
    丙烯酰胺水溶液聚合法是工业生产中采用的主要方法。配方中单体溶液须经离子交换提纯。反应介质水应为去离子水,引发剂多采用过硫酸盐与亚硫酸盐组成的氧化-还原引发剂体系,以降低反应引发温度。此外需加链转移剂,常用的为异丙醇。为了消除可能存在的金属离子的影响,必要时加入螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)。为了易于控制反应温度,单体浓度通常低于25%。
    由于丙烯酰胺聚合反应热高达82.8kJ/mol,聚合热必须及时导出,如果单体浓度为25%-30%即使在10℃引发聚合,如果聚合热不导出,则溶液温度会自动上升到100℃,将生成大量不溶物。因此导热问题成为生产中的关键问题之一。
    生产低相对分子质量产品时可在釜式反应器中间歇操作或多釜串联连续生产,夹套冷却保持反应温度为20-25℃,转化率达95%-99%。生产高相对分子质量产品时,由于产品为冻胶状,不能进行搅拌,为了及时导出反应热,工业上采用在反应釜中将配方中的物料混合均匀后,立即送入聚乙烯小袋中,将装有反应物料的聚乙烯装置水槽中进行冷却反应。须注意的是由于空气中的氧有明显的限聚作用,配制与加料必须在N2中进行。使用过硫酸盐-亚硫酸盐引发剂体系时,通常引发开始温度为40℃,如果要求生产超高相对分子质量产品时引发温度应低于20℃。
    由于单体不挥发,反应后不能除去,所以未反应单休将残存于聚丙烯酰胺中,延长反应时间;提高反应温度虽可降低残余单体量,但生产能力降低而且不溶物含量会增加。为了降低残余单体量有的工厂采用复合引发体系,由氧化-还原引发剂与水溶性偶氮引发剂组成。低温条件下由氧化-还原引发剂发挥作用,后期当反应物料温度升高后,使偶氮引发剂分解进一步发挥作用,此法生产的聚丙烯酰胺残余单体量可低至0.02%(气相色谱法测定)。水溶性偶氮引发剂为4, 4’-偶氮双-4-氰基戊酸、2,2’-偶氮双-4-甲基丁腈硫酸钠及2,2’-偶氮双-2-眯基戊烷二盐酸盐等。
    测定残存丙烯酰胺的方法工业上主要用溴化法,但其灵敏度较差,对于极微量单体可用火焰离子谱或高效液相色谱进行测定。
    为了生产含有少量羧基的聚丙烯酰胺,可在聚合配方中加入适量碳酸钠,使少量的酰胺基团水解为羧基,减少生成不溶物。
    按上述方法合成的聚丙烯酰胺为高黏度流体或凝胶状不流动物。可以直接作为商品,供应地距生产工厂较近的使用单体。长途运输时,则应进行干燥,生产粉状固体。胶体物进行干燥的方法可用捏和干燥法,但此法能耗大,并且产品降解严重。生产规模较小时可采用挤出机造粒后烘房内烘下的方法,再经粉碎得粉状产品。产量大而且较先进的方法是经挤出机造粒后,送入转鼓式干燥器,干燥后粉碎得粉状商品。
  • 反相乳液聚合法
    丙烯酰胺单体配制成浓度为30%-60%的水溶液作为分散相,其中加有少量二乙胺四乙酸、Na2SO4以及氧化-还原引发剂和适量水溶性表面活性剂,其HLB值应较低。用芳烃或饱和脂肪烃作为连续相,其中加有油溶性表面活性剂,其HLB值应较高,如脱水山梨醇油酸酯。Na2SO4具有防止乳粒子黏结的作用。分散相与连续相的比例通常为3:7。聚合所得分散相胶乳粒子直径为0.1-10μm,与表面活性剂用量有关。反应温度一般为40℃,6h转化率可达98%。此法的优点是反应热易导出,物料体系黏度低,便于操作,产品可不经干燥直接使用。缺点是使用有机溶剂,易燃,有效生产能力低于溶液聚合法。
  • 悬浮聚合
    单体水溶液以小液珠悬浮在有机溶剂中进行的聚合反应叫做悬浮聚合,也叫珠状聚合。悬浮聚合体主要由单体、引发剂、有机溶剂和悬浮剂4部分组成。引发剂溶解于单体水溶液中。分散剂又称悬浮剂,它的作用是使单体水溶液在搅拌作用下分散成小液珠悬浮在有机溶剂中,以防止聚合的粒子在聚合过程中互相黏结。产品粒径一般为100-2000μm。
    与乳液聚合不同的是,单体溶液的分散度较低,一般是以珠状粒子悬浮在有机相中。因此,采用的有机载体是大比重的溶剂如二甲苯、甲氯乙烯等。分散剂一般不用活性高的乳化剂;搅拌强度也较乳液聚合时小;悬浮聚合得到的产品呈颗粒状,使用方便。
    在悬浮聚合液中,AM水溶液在Span60、无机氨化物、C12-C18脂肪酸钠或乙酸丁酸纤维等悬浮剂(分散稳定剂)存在下,在汽油、二甲苯、甲氯乙烯中形成稳定的悬浮液,引发聚合。悬浮聚合结束后,经共沸脱水、分离、干燥,得到珠状或粉状产品。聚合过程中添加无机盐NaCl、NaNO3或Na2CO3可调节体系的表面张力,增加悬浮稳定性,而对聚合过程影响不大。但加入少量一元、二元或多元羧酸盐,则通常可使产物相对分子质量增大,聚合速率下降。
  • 巩义市泰和(化工)水处理公司是一家专业从事水溶性聚合物-聚丙烯酰胺的厂家,年生产阴离子聚丙烯酰胺胺3000吨,主要应用于污水处理,阳离子聚丙烯酰胺500吨主要用于污泥脱水、城市污水处理,非离子聚丙烯酰胺1000吨主要为洗煤厂、矿采选厂提供精选服务,其它超高分子量聚丙烯酰胺500多吨。
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