摘要：對(duì)聚丙烯酰胺性能產(chǎn)生影響的各種因素進(jìn)行了分析，并對(duì)其性能檢驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)。

近些年來(lái)，由于工業(yè)用水價(jià)格上漲（價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生活用水），使企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷提高。為了降低成本，多數(shù)企業(yè)選擇向工業(yè)廢水投加藥劑，經(jīng)過一系列處理后，使水質(zhì)達(dá)到企業(yè)的生產(chǎn)要求，即提高工業(yè)用水的循環(huán)利用率，降低每噸水的實(shí)際價(jià)格。目前國(guó)內(nèi)使用較廣泛的水處理藥劑是聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺，并根據(jù)實(shí)際需要，添加其他絮凝藥劑，如硫酸亞鐵、硫酸鋁等。

PAC的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，處理效果好，缺點(diǎn)是在高溫的情況下（特別是90℃）以上時(shí)，游離出的Cl-顯強(qiáng)酸性，對(duì)金屬管壁有強(qiáng)烈的腐蝕作用，造成經(jīng)濟(jì)損失。聚丙烯酰胺（polyacrylamids）是一種線型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中應(yīng)用較廣泛的品種之一，聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作有效的絮凝劑，增稠劑，紙張?jiān)鰪?qiáng)劑，以及液體的減阻劑等，廣泛應(yīng)用于水處理、造紙、石油、煤炭、礦冶、地質(zhì)、輕紡、建筑等工業(yè)部門。聚丙烯酰胺熱穩(wěn)定性好；加熱到100℃穩(wěn)定性良好。

聚丙烯酰胺的使用特性：

（1）絮凝性能使懸浮物質(zhì)通過電中和，架橋吸附作用，起絮凝作用；

（2）粘合性能通過機(jī)械的、物理的、化學(xué)的作用，起粘合作用；

（3）降陰性能有效地降低流體的磨擦阻力，水中加人微量聚丙烯酰胺就能降阻50%-80%；

（4）增稠性能在中性和酸性條件下均有增稠作用，當(dāng)pH值在10℃以上聚丙烯酰胺易水解。呈半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，增稠將更明顯。

但是，影響聚丙烯酰胺性能的因素很多，本文對(duì)聚丙烯酰胺性能的影響因素進(jìn)行闡述。

1、影響聚丙烯酰胺質(zhì)量的因素

聚丙烯酰胺根據(jù)其側(cè)鏈所帶的官能團(tuán)不同，可以分為非離子型（PAM）、陽(yáng)離子型（CPAM）和陰離子型（PHP）。如圖1所示。

1.1 電導(dǎo)率的影響

一般來(lái)說，電導(dǎo)越小聚合速率越快，原料過濾后電導(dǎo)一般在0-6之間即可。但由于沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制原材料丙烯酰胺的質(zhì)量，其質(zhì)量完全由生產(chǎn)廠家決定。從外觀上看，丙烯酰胺呈透明膠狀液體，不易分出質(zhì)量的好壞。若有結(jié)塊現(xiàn)象，為自然聚合，這種聚合體分子量較低，不能使用。原理上，電導(dǎo)越小聚合速率越快。質(zhì)量較好的原料，其純度高，電導(dǎo)率在5-6之間也能聚合出分子量很高的PHP；若原料質(zhì)量較差，雜質(zhì)較多，就要盡量將電導(dǎo)率控制在較低的水平，較好在0.2左右，也能聚合出達(dá)到要求的成品。

1.2 溫度的影響

溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液的影響具有4個(gè)方面的作用：

（1）疏水基團(tuán)間的相互作用是吸熱的熵驅(qū)動(dòng)過程，即隨溫度升高，聚合物溶液體系的熵增加，疏水基團(tuán)的締合作用增強(qiáng)，利于溶液粘度的增加；

（2）隨溫度的升高，離子基團(tuán)的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子內(nèi)正負(fù)離子間的相互作用減弱，引起大分子鏈伸展，粘度提高；

（3）疏水基團(tuán)的熱運(yùn)動(dòng)加劇，疏水締合作用被消弱，同時(shí)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而改變了疏水基團(tuán)周圍水分子結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，使水一疏水基團(tuán)的作用發(fā)生變化，疏水締合作用進(jìn)一步被消弱，粘度降低；

（4）隨溫度的增加，離子基團(tuán)的水化作用減弱，大分子鏈?zhǔn)湛s，導(dǎo)致粘度下降。所有因素綜合作用的結(jié)果是，溶液粘度有所變化（上升或下降）。

1.3 樹脂的影響

原料經(jīng)過樹脂層的過濾，雜質(zhì)大部分被祛除，電導(dǎo)率降低。當(dāng)電導(dǎo)率高于所要求時(shí)，就要更換新的樹脂。用過的樹脂經(jīng)酸堿清洗后，能夠重復(fù)使用。清洗過的樹脂，其潔凈度對(duì)再次利用有很大的影響，潔凈度越高的樹脂使用時(shí)間越長(zhǎng)。清洗樹脂可以使用工業(yè)用酸堿和分析純酸堿。工業(yè)用的酸堿，價(jià)格便宜，但清洗過的樹脂潔凈度低，使用時(shí)間短，只能過濾2-3桶原料；分析純價(jià)格高，效果好，清洗過的樹脂可以過濾10桶左右的原料。從提高樹脂利用率和節(jié)約人工、提高工作效率的角度講，使用分析純的酸堿要優(yōu)于使用工業(yè)用酸堿。

1.4 疏水基團(tuán)的影響

疏水基團(tuán)是疏水締合類聚丙烯酰胺溶液性質(zhì)的一個(gè)重要影響因素，主要體現(xiàn)在疏水基團(tuán)的含量、種類和分布等對(duì)疏水締合類聚丙烯酰胺溶液流變性的影響。疏水基團(tuán)的含量對(duì)疏水締合類聚丙烯酰胺溶液的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生重要的影響，隨著疏水基團(tuán)的大小和含量的增加，締合作用增強(qiáng)，粘度增加； 在臨界締合濃度（CAC）以上，分子間締合使這種趨勢(shì)更加明顯。疏水基團(tuán)的種類對(duì)疏水締合類聚丙烯酰胺溶液的性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生重要的影響，在疏水基上引入芳香基和碳氟側(cè)鏈能更有效地提高聚合物溶液粘度，特別是在疏水基團(tuán)含量較高時(shí)更是如此。研究表明，碳氟鏈具有較小的內(nèi)聚能密度和表面能，與碳?xì)滏溝啾?，具有更?qiáng)的親水性，因此有更強(qiáng)的增粘性能。另外，疏水基團(tuán)與主鏈相連，其間隔基團(tuán)的種類也會(huì)產(chǎn)生影響，若疏水基團(tuán)通過酰胺基與聚合物主鏈相連，則在毗鄰的酰胺隔基間存在氫鍵締合，加大了分子間締合的潛能，在濃度較高時(shí)易形成密實(shí)的單分子膠束；若疏水基團(tuán)是通過酯基間隔與大分子主鏈相連，則在較稀的情況下，溶液可能發(fā)生分子間締合，形成多個(gè)大分子膠束聚集體。不同疏水基團(tuán)的聚丙烯酰胺溶液的流變行為，由于疏水基團(tuán)的改性，在CAC以上，大分子由于交連溶液表現(xiàn)為粘彈性，不管是對(duì)改性均聚物還是共聚物，儲(chǔ)存模量增加。疏水基團(tuán)在大分子中的序列分布是影響聚合物在溶液中發(fā)生分子間締合或分子內(nèi)締合的又一個(gè)重要因素，微嵌段結(jié)構(gòu)較無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的分子間締合作用，嵌段長(zhǎng)度增加，分子間締合能力增強(qiáng)，溶液粘度增加。

1.5 醋酸和尿素的影響

醋酸的作用是用來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)槽內(nèi)的酸堿度，使其呈弱堿性，有利于丙烯酰胺的聚合。在攪拌過程中要隨時(shí)監(jiān)測(cè)槽內(nèi)pH值，不斷調(diào)節(jié)，使其控制在7-8之間；尿素是用來(lái)調(diào)節(jié)成品的溶解度。當(dāng)原料的質(zhì)量較差時(shí)，成品不易溶解，嚴(yán)重影響分子量的測(cè)定和使用效果。適當(dāng)?shù)脑黾幽蛩鞯氖褂昧?，可以提高產(chǎn)品的溶解度，也加快了溶解時(shí)間，不僅提高了產(chǎn)品在實(shí)際使用中的有效使用量，也為客戶節(jié)約了寶貴的時(shí)間，提高了工作效率。

1.6 聚丙烯酰胺分子量、陰離子度等對(duì)絮凝效果的影響

以聚丙烯酰胺對(duì)煤泥水的絮凝效果為例。

1.6.1 聚丙烯酰胺分子量、陰離子度等對(duì)絮凝效果的影響

在合成非離子型聚丙烯酰胺時(shí)，控制條件合成了不同分子量的聚丙烯酰胺，其分子量分別為400萬(wàn)、600萬(wàn)、800萬(wàn)、1000萬(wàn)、1200萬(wàn)。

非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果（透光率）與其分子量有關(guān)，隨分子量增加，對(duì)煤泥水的絮凝效果漸好。這是由于聚丙烯酰胺的酰胺基（一CONH₂）與煤泥粒子親和、吸附形成氫鍵，同時(shí)高分子鏈在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，因而非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果主要取決于聚丙烯酰胺的分子量。但由于聚丙烯酰胺的溶解性隨分子量的增加而降低，當(dāng)分子量大于600萬(wàn)后，絮凝效果增加趨緩，大于800萬(wàn)以后增加不明顯。一般認(rèn)為，用于煤泥水處理的聚丙烯酰胺絮凝劑，其分子量為800萬(wàn)左右比較合適。

1.6.2 聚丙烯酰胺的陰離子度對(duì)絮凝效果的影響

選取分子量在800萬(wàn)左右的聚丙烯酰胺為原料，改變介質(zhì)的pH值，制備了陰離子度在10%-50%的一系列陰離子型聚丙烯酰胺。

聚丙烯酰胺的陰離子度影響絮凝效果，煤泥水的透光率隨陰離子度增加而提高，在陰離子度為30%時(shí)達(dá)到較大值，然后又隨陰離子度的進(jìn)一步提高而減小。陰離子型聚丙烯酰胺對(duì)煤泥的沉降除了高分子絮凝作用外，還發(fā)生離子吸附、架橋及電性中和作用，當(dāng)陰離子度在30%時(shí)，這幾種作用疊加，達(dá)到絮凝效果較好。因而用于煤泥水處理的聚丙烯酰胺陰離子度控制在30%左右為宜。

2、檢驗(yàn)方法的改進(jìn)

自1990年實(shí)施的GB12005.1-89和GB12005.2-89，詳細(xì)的規(guī)定了聚丙烯酰胺在出廠時(shí)的質(zhì)量要求。在PHP實(shí)際檢驗(yàn)過程中，適當(dāng)縮小取樣量范圍，可以更方便計(jì)算。如在分子量的測(cè)定中，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求取樣量為0.05-0.1g，實(shí)際上取0.02-0.03之間就能取得較好的效果。另外，質(zhì)量較好的成品，浸泡約3h即能充分溶解。測(cè)定溫度也對(duì)聚丙的溶解度有影響，其較佳的溶解溫度在25-30℃（測(cè)試時(shí)的溫度是30℃，所以溶解樣品時(shí)的溫度不能超過這個(gè)值）。

用砂芯漏斗過濾溶液，一般進(jìn)行此過程時(shí)，可同時(shí)用NaCl浸泡下一個(gè)試樣，以節(jié)約時(shí)間。用NaCl浸泡時(shí)要注意，充分混合至溶液中沒有塊狀物，大約需要10-15min。有時(shí)溶解效果不好時(shí)，要溶解40min，但溶解時(shí)間較好不要超過45min，以免測(cè)量時(shí)間超過1h。NaCl溶液對(duì)聚丙烯酰胺而言是一種良好的溶劑，溶解速度是用水溶解速度的樹備數(shù)倍，但如果長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)破壞聚合體，使聚丙烯酰胺樣品的分子鏈斷開，分子量降低，測(cè)試結(jié)果不能表示樣品的真實(shí)分子量。

在過濾時(shí)，使漏斗下端尖嘴與燒杯邊緣稍微接觸，可以加快過濾速度。過濾的量在35-40mL為宜（包括洗漏斗、洗粘度計(jì)和測(cè)量用的量）。樣品較多的情況下，砂芯漏斗反復(fù)使用會(huì)使砂層空隙被堵。沙漏斗在實(shí)驗(yàn)過程中不可以用水沖洗，當(dāng)過濾速度變慢時(shí)，可以用洗耳球從漏斗底端向上吹氣，反復(fù)3次，即可達(dá)到很好的效果。

3、結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)聚丙烯酰胺各種影響因素的分析，以及對(duì)其性能檢驗(yàn)方法上的一些改進(jìn)，可以在工作中解決一些問題，對(duì)提高聚丙烯酰胺的性能有一定的指導(dǎo)意義。但在實(shí)際工作中，還存在著很多不確定影響因素，如捏合時(shí)間的掌握等。而且每一批原料的情況各有不同，原料調(diào)節(jié)的具體參數(shù)也是不同，不能硬性的套用某個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，應(yīng)對(duì)方法需要從實(shí)際出發(fā)，與具體工作相結(jié)合。