1、概述
聚丙烯酰胺系列化合物是具有多種用途的聚合物。雖然聚丙烯酰胺早在1893年就由莫爾魯合成，但直到1950年才開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。丙烯酰胺聚合物的主要特點(diǎn)是它具有很牢固的氫鍵、線(xiàn)性結(jié)構(gòu)和很高的分子量。聚丙烯酰胺的大多數(shù)反應(yīng)是典型的酰胺化學(xué)反應(yīng)。主要的反應(yīng)是使酰胺水解成羧酸鹽離子，即使中性的聚丙烯酰胺轉(zhuǎn)變成強(qiáng)陰離子分子。純的聚丙烯酰胺均有一定程度的水解，通常水解度低于1%；在中性介質(zhì)中，水解度很低。在堿性條件下，水解可達(dá)35%。而丙烯酰胺-丙烯酸酯共聚物水解時(shí)，通常酰胺基官能團(tuán)比酯難以水解。甲醛、二甲胺與聚丙烯酰胺的酰胺反應(yīng)—曼尼茲反應(yīng)，生成二甲胺基丙烯酰胺聚合物。該反應(yīng)是制備陰離子聚丙烯酰胺的一種方法，它對(duì)羥甲基酰胺呈可逆性，并導(dǎo)致交聯(lián)聚合物的產(chǎn)生。聚丙烯酰胺與次氯酸鈉或次溴酸鈉反應(yīng)稱(chēng)霍夫曼降解反應(yīng)，其中和反應(yīng)物已應(yīng)用于絮凝作用方面。
工業(yè)生產(chǎn)的聚丙烯酰胺有多種形式，但大多數(shù)為一種可溶解的粉末，依據(jù)顆粒的大小、混合的方法和水的溫度，可在幾小時(shí)之內(nèi)溶解。某些低分子量的聚合物通常為濃度低于30%的粘稠液。還有的是以油包水懸浮液制備的干燥微球，具有粉塵和假比重大的優(yōu)點(diǎn)。也有的是溶于烴的乳液，含固量約為30-50%，易快速溶解。聚丙烯酰胺可以任意比例溶于水，而濃度大于70%時(shí)，實(shí)際上是水溶解于聚合物。它也溶解于醋酸、丙烯酸、一氯醋酸、乙二醇醚、甘油、熔融尿素和甲酰胺，但卻不溶于大多數(shù)的有機(jī)溶液。聚丙烯酰胺可用丙酮或甲醇沉淀的方法精制。用含水20-30%的甲醇或丙酮洗滌干燥的聚合物也能將其雜質(zhì)除掉。純聚丙烯酰胺的溶解速度一般與pH值無(wú)關(guān)。但多數(shù)商品在弱堿性溶液中溶解速度可加快。聚丙烯胺粘度與其濃度和剪切速度有關(guān)，它與前者成對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系與后者成反比關(guān)系。然而長(zhǎng)時(shí)間的剪切，會(huì)引起聚合物的斷鏈。
二、生產(chǎn)方法
聚丙烯酰胺是由單體在濃度為10-50%的水溶液中經(jīng)自由基聚合制得的。生成物再經(jīng)滾筒干燥、甲醇沉析或共沸蒸餾、于燥過(guò)程制成粉狀。這種聚合物中含有各種雜質(zhì)：痕量的單體；催化劑殘留物；引發(fā)劑；單體的副產(chǎn)物；如水解生成的銨離子；單體的末海爾加成產(chǎn)物；干燥的助劑和表面活性劑等。有些專(zhuān)利提出：加大量的硫酸鈉（約20%）可調(diào)節(jié)聚合。像硫酸鈉這樣的惰性化合物有利于聚合物的干燥和溶解。
三、聚丙烯酰胺的特性
聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺是低毒的。大多數(shù)商品聚丙烯酰胺對(duì)皮膚無(wú)刺激；但某些水解聚丙烯酰胺內(nèi)含有殘余堿，多次或長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)刺激皮膚。操作時(shí)需要戴上防護(hù)用具，以避免對(duì)眼睛或其它部位的危害。陽(yáng)離子丙烯酰胺的共聚物可毒死魚(yú)類(lèi)。這是由于陽(yáng)離子聚合物與魚(yú)類(lèi)所分泌的陰離子物質(zhì)在鰓表面形成一層膜，能使魚(yú)失去吸收氧的能力而死亡。
聚丙烯酰胺物理性質(zhì)中較有意義的是它的水溶液粘度。特性粘度可用來(lái)確定聚合物的分子量，而分子量又是絮凝和增稠的主要參數(shù)。非水解聚丙烯酰胺溶液的粘度受pH值的影響不大，但低水解度（如3%）的聚丙烯酰胺粘度卻能由pH=3時(shí)的0.007帕斯卡秒（7厘泊）增加到pH=7時(shí)的約0.021帕斯卡秒（21厘泊），由于電荷斥力引起的鏈擴(kuò)展，聚合化產(chǎn)生的離子相互作用使粘度顯明增加。這樣高的粘度易受可溶鹽的影響，但即使加入4%NaCl，也無(wú)法完全恢復(fù)非離子化時(shí)的粘度。
按照特性粘度測(cè)定分子量時(shí)，為了控制霍斯（Fuoss）效應(yīng)，通常要求在NaNO3溶液中或在pH=3的條件下進(jìn)行。分子量在百萬(wàn)以?xún)?nèi)的聚合物對(duì)剪切非常敏感、但在快速搖動(dòng)或快速攪拌條件下將明顯地使剪切降解。如果用高速捏合器進(jìn)行速溶解，那么在幾分鐘內(nèi)，溶液的粘度將大部分遭受破壞。因?yàn)樵摼酆衔飳?duì)剪切敏感，故對(duì)其輸料系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的要求，不允許使用離心泵。
離子交聯(lián)能使聚合物溶液增稠或膠化。高價(jià)金屬（如鐵和鋁）的氫氧化物，可使聚丙烯酰胺水解溶液凝膠化或凝聚。
四、工業(yè)應(yīng)用
1.助劑
前已述及，聚丙烯酰胺具有許多優(yōu)良性能，因而其用途也很廣泛，現(xiàn)分述如下：
聚丙烯酰胺可用于造紙工業(yè)作為各種助劑。用它主要是改進(jìn)填料和纖維的滯留性以及改進(jìn)紙張的結(jié)構(gòu)，降低白水含固量，提高白水回收裝置效率，減少紙張兩面性和延長(zhǎng)金屬絲使用壽命，用于紙張干增強(qiáng)等。
在制糖工業(yè)中，陰離子聚丙烯酰胺用于糖漿的澄清可提高濾并的干度和濾液的澄清度。
陰離子聚丙烯酰胺也可用于濕法磷酸分離石膏。在稀磷酸中加入此聚合物，不但可使固體石膏絮凝沉降，而且能減少蒸發(fā)器垢的形成和控制重金屬后沉淀的形成。
另外，聚丙烯酰胺在制造硫酸鋁、洗煤，生產(chǎn)水泥、氧化鎂，水的處理，石灰水的軟化方面均有應(yīng)用。
聚丙烯酰胺在工業(yè)回收方面應(yīng)用也很廣泛。如，在金屬冶煉過(guò)程中，洗滌液中加入聚丙烯酰胺除去煙道氣中的固體，能減少金屬的損失；弱陰離子聚丙烯酰胺與明礬一起使用，可使煉油廠(chǎng)含油污水中的油絮凝成上浮物而加以回收。在浮選型澄清器中加入聚合物，能改善上浮絮凝塊穩(wěn)定性，大大降低下流液含油量和油層水份。
2.炸藥
丙烯酰胺和羥甲基丙烯酰胺、亞甲基雙丙烯酰胺的三元共聚物是凝膠炸藥。它們的組成是：
9.5% 硝化甘油
71.5% 硝酸銨
1.2% 硝酸鈉
40%羥甲基丙烯酰胺（10%）、丙烯酰胺（75%）和亞甲基雙丙烯酰胺（15%）干燥混合物并混合有草酸和一般易燃物。
由高價(jià)陽(yáng)離子Al3+或Fe3+的氫氧化物使聚丙烯酰胺膠化，可制備離子膠化炸藥。
其過(guò)程如下：
把干基硝酸銨、尿素和2.8%氯化鈉混合物放入膠體混合缽中，加入三硝基甲苯和聚丙烯酰胺，混合2分鐘。然后再加入由5.2%氯化鈉和14.2%熱水配成的氯化鈉溶液，混合5分鐘。后加入溶于0.8%水中的硫酸鋁溶液，混合2分鐘而得到膠體產(chǎn)物。其產(chǎn)品組成是：
組成 %
硝酸銨（無(wú)涂層小球） 18.50
氯化鈉 2.80
（氯化鈉 5.20）
（水 14.20）
三硝基甲苯 35.00
聚丙烯酰胺 0.62
硝酸鈉 17.78
硫酸鋁 0.10
水 0.80
尿素 5.00
3.燃料
以亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)聚丙烯酰胺膠化肼可以制備火箭燃料。
向三份100克的95%無(wú)水肼中分別加入不同量的70%丙烯酰胺與30%丙烯酸鈉共聚合物，然后再用1000ppmN，N'-亞甲基雙丙烯酰胺進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)生成干燥粉末，它在水中的膠粘力為1100。
4.其它
因羥甲基化或離子架橋的聚丙烯酰胺成膠，固化成膜，并能溶于水，故可用于醫(yī)用膠粘劑、紡織品的上漿和防皺處理以及毛織物襯里。經(jīng)干燥的羥甲基聚丙烯酰胺便于貯存和應(yīng)用。
聚丙烯酰胺溶液有很大的潤(rùn)滑性，因此可作為水基潤(rùn)滑劑，用在管路里可有效地降低溶液流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力。
另外，聚丙烯酰胺也可作為膠粘劑、成膜劑，以及用于銨、鋇和海水的處理，生產(chǎn)粘土、藥品、精細(xì)化學(xué)品、無(wú)機(jī)鹽、鋰、純堿和顏料等方面。
五、分析
水中痕量聚丙烯酰胺，可按道化學(xué)公司提出的兩種方法進(jìn)行測(cè)定。
一種方法是用奈斯勒試劑和貝可曼DU型分光光度計(jì)或與其相當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行。分析水樣用蒸發(fā)或蒸餾法進(jìn)行濃縮，再用奈斯勒試劑制備樣品，經(jīng)分光光度計(jì)測(cè)量吸收率，并根據(jù)有機(jī)氮標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)確定丙烯酰胺含量。
二種方法也是用分光光度計(jì)測(cè)定分析樣的吸收率。這種方法是把聚丙烯酰胺轉(zhuǎn)化為N-溴酰胺，然后再用碘化物制成三碘化物。三碘化物用紫外線(xiàn)分光光度計(jì)測(cè)定，再由吸收率與標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)比較確定聚合物的含量。
所應(yīng)用的聚丙烯酰胺系列，其固體性質(zhì)、顆粒大小、濃度和處理方法均有很大差別。液體產(chǎn)品中也有可能含有影響處理的化學(xué)藥劑。其次，pH值、溫度、離子強(qiáng)度也影響聚合物的活性。
由于可變因素多，要廣泛利用實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)來(lái)確定在每個(gè)特定的系列中由不同聚合物得到的活度。當(dāng)非常準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)活度時(shí)，則需要實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)來(lái)確定適當(dāng)?shù)木酆衔?、使用情況以及在加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)考察的處理方法的作用。
在實(shí)驗(yàn)室中主要進(jìn)行四種試驗(yàn)：（1）沉降性；（2）過(guò)濾性；（3）濾水性的改進(jìn)；（4）填料滯留性的改進(jìn)。
六、展望
由于聚丙烯酰胺難以溶解，所以期待著出現(xiàn)具有分散均勻、可溶性質(zhì)的聚合物。近段出現(xiàn)一種在碳?xì)浠衔镏腥榛木酆衔铩ｎA(yù)料，聚丙烯酰胺將用于醫(yī)藥和衛(wèi)生方面，但在使用過(guò)程中要注意毒性。為此，應(yīng)改進(jìn)殘留單體的分析和除去技術(shù)。
