低分子量聚丙烯酰胺研究进展.pdf

第24卷第3期
化学研究
中国科技核心期刊
2013年5月
CHEMICAL RESEARCH
hxyjのhenu.edu.cn
低分子量聚丙烯酰胺研究进展
张彦昌,曹金丽,李天仚,王冬梅,赵献增
(河南省精细化工重点实验室,河南郑州450002)
摘要:综述了低分子量聚丙烯酰胺的合成方法及应用研究进展,同时对其未来的发展方向进行了展望
关键词:低分子量聚丙烯酰胺;硏究进展;综述
中图分类号:O634.4
文献标志码:A
文章编号:1008-1011(2013)03-0322-04
Research progress of low molecular weight polyacrylamide
ZHANG Yan-chang, CAO Jin-li, LI Tian-xian, WANG Dong-mei, ZHAO Xian-zeng
Henan Key Laboratory of Fine Chemicals, Zhengzhou 450002, Henan, China
Abstract: A review is provided of the progress of researches on the polymerization methods and
applied study of low molecular weight polyacrylamide. In the meantime, suggestions are pro
vided about the development trend of low molecular weight polyacrylamide
Keywords: low molecular weight polyacrylamide; research progress; review
聚丙烯酰胺(PAM)是一种重要的水溶性聚合物,被广泛应用于水处理、造纸、石油等领域,按其分子量
大小的不同,聚丙烯酰胺可分为:低分子量(<100×104)、中等分子量(100×104~1000×101)、高分子量
(1000×104~1500×10)和超高分子量(>1500×104)四种,不同分子量范围的聚丙烯酰胺具有不同的性
能和用途,例如在造纸工业中,分子量<100X10-可以用作增强剂、分子量在200X10~500×10可以用作
助滤剂、分子量>500×104可以用作絮凝剂.聚丙烯酰胺的研发热点多集中在高分子量和超高分子量的
合成及应用上面,低分子量的聚丙烯酰胺研究报道较少.综合分析原閃主要在于高分子量聚丙烯酰胺的应
用已经得到良好的推广和工业认可,低分子量聚丙烯酰胺的应用尚处于初期阶段,另外,丙烯酰胺单体反应
活性高、反应热效应大,常规聚合法如水溶液聚合常常引起交联,合成低分子量聚丙烯酰胺较为困难
1聚合方法研究进展
沉淀聚合法
原理:在引发剂作用下,原本与溶剂相互溶解的单体聚合成大分子,大分子不溶于溶剂而从溶剂中沉淀
出来,从而得到一定分子量的聚合物,丙烯酰胺的沉淀聚合通常以丙酮或丙酮与乙醇的混合溶剂作为反应
介质
优点:①反应介质中存在大量溶剂,反应浓度低,有利于反应热及时消除;②选用的溶剂不同,获得的分
子量范围不同
缺点:①采用大量溶剂,在工业中不利于安全生产;②生产成本高;③工艺过程复杂,操作步骤繁琐,工业
生产不易实施,不利于大规模生产
收稿日期:2012-12-19.
甚金项目:河南省杰出人オ基金项目(114200510020)
作者筒介:张彦昌(1982-),男,助理研究员,硕士,研究方向为高分子材料及应用.“通讯联系人.E-mail:zhyanchang(@126.com
第3期
张彦昌等:低分子量聚丙烯酰胺硏究进展
早在20世纪80年代末,张风莲等人就应用此聚合法合成了不同分子量的聚丙烯酰胺1,2000年,华北
工学院的王久芬等人以丙酮为溶剂,以BPON,N-二甲基苯胺为氧化还原引发体系,在12%~30%单体浓
度下,合成了分子量60~90万的聚丙烯酰胺,2002年,福建师范大学高分子研究所的王春燕、吴宗华报道
了用乙醇和丙酮作为混合溶剂,以AIBN为引发剂,通过调整乙醇和丙酮的质量比,合成了低分子量聚丙烯
酰胺,研究发现随着乙醇/丙酮比率的增大,聚合物分子量逐渐降低,在只用无水乙醇为溶剂、单体浓度分别
为5%和30%时,所得聚丙烯酰胺分子量最低分别为2万和9.3万
1.2水溶液聚合法
原理:单体和引发剂均溶解于水介质中,引发剂分解产生自由基引发单体聚合,所得聚合物同样溶解于
水中
优点:①操作简单,易于实施;の生产成本低,无三废排放
缺点:①合成时单体浓度低,易交联;②反应热不易转移,容易引起局部过热,使反应难于控制;③分子量
分布范围宽
2002年,西南石油学院化学工业系李富生、胡星棋研究组发表相关综述报道了合成分子量最低为7万
的聚丙烯酰胺],但未见具体详细资料.1992年,宁波化工研究院的戎玉芬等人用过硫酸铵一亚硫酸氢钠为
引发体系,在20%单体浓度下,采用水溶液聚合法合成了分子量为23~40万的聚丙烯酰胺,并用 Hoffman
重排反应制备了一种含有氨基甲酰基的水溶性阳离子聚丙烯酰胺,用于纸张增强,初步探索了低分子量聚
丙烯酰胺在工业中的应用.2001年,南通职业大学化学工程系的穆志坚采用过硫酸钾-氮三丙酰胺为引发体
系,在单体浓度为10%、pH=8、温度为60C的条件下,合成了分子量为62万的聚丙烯酰胺1,2003-2005
年,河南省精细化工重点实验室的赵献增课题组以小分子有机溶剂为移热溶剂、甲酸钠为链转移剂,在30%
40%单体浓度下,采用含有有机溶剂的水溶液聚合法合成了分子量为2~12万的聚丙烯酰胺,系统研究了
引发剂用量、单体浓度、反应温度、反应时间以及分子量调节剂对产物分子量的影响,并进行了工业放大生产
和应用探索,产品目前已经应用于耐火材料、陶瓷、纺织印染助剂等领域-2,推动了低分子量聚丙烯酰胺
在工业生产中的实际应用.在此基础上,该课题组通过改变移热溶剂、链转移剂以及引发体系的方法,合成
出了分子量从0.8万到100万不同范围段的低分子量聚丙烯酰胺,掌握了低分子量聚丙烯酰胺的可控调节
方法,丰富了产品品种,为该系列产品的应用推广奠定了坚实的理论基础.
1.3辐射聚合法
原理:应用高能电离射线(a射线、B射线、γ射线、X射线、电子束)辐射单体生成离子或自由基,形成活
性中心而发生的聚合反应.
优点:①可以不加入引发剂,聚合物比较纯浄;の聚合反应可以在低温或常温下进行.
缺点:高能电离辐射的产生需要放射源,危险性大,目前大规模利用还处于初级阶段.
以y射线为例,在20℃、1×103rad/min时,丙烯酰胺的聚合速率为6%/h,聚合率可达100%/10
rad3.1986年,黑龙江省科学院技术物理研究所的姜永禄等人报道了一种辐射制备水溶性聚丙烯酰胺的
分子量控制方法,他采用在丙烯酰胺水溶液中加入次亚磷酸钠作为分子量调节剂,用γ射线辐射聚合,生产
制备不同分子量的聚丙烯酰胺,其中当次亚磷酸钠用量占丙烯酰胺单体质量比为12%时,所得聚丙烯酰胺
分子量为0.6万4.1997年,四川省原子能技术应用研究所的周应才等人报道了采用甲酸钠为链转移剂,y
射线辐射聚合制备聚丙烯酰胺,其最低分子量为3.8万[5
无论是沉淀聚合法、水溶液聚合法还是辐射
聚合法的机理均为自由基聚合,包括链引发、链增
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