聚丙烯酰胺的應用領域及影響因素-慧星化工

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聚丙烯酰胺是一種線型高分子聚合物，化學式為(C3H5NO)n。在常溫下為堅硬的玻璃態固體。產品有膠液、膠乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。熱穩定性良好。能以任意比例溶于水，水溶液為均勻透明的液體。長期存放后會因聚合物緩慢的降解而使溶液粘度下降，特別是在貯運條件較差時更為明顯。聚丙烯酰胺作為潤滑劑、懸浮劑、粘土穩定劑、驅油劑、降失水劑和增稠劑，在鉆井、酸化、壓裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了廣泛應用，是一種極為重要的油田化學品。

聚丙烯酰胺在水處理中的領域

 水處理包括原水處理、污水處理和工業水處理等。在原水處理中與活性炭等配合使用， 可用于生活水中懸浮顆粒的凝聚、澄清。用有機絮凝劑丙烯酰胺代替無機絮凝劑， 即使不改造沉降池， 凈水能力也可提高 20%以上；在污水處理中， 采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循環的使用率， 還可用作污泥脫水；工業水處理中用作一種重要的配方藥劑。聚丙烯酰胺在國外應用最大的領域是水處理， 國內在此領域的應用正在推廣。聚丙烯酰胺在水處理中的主要作用: 

1. 減少絮凝劑的用量。在達到同等水質的前提下， 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用， 可以大大降低絮凝劑的使用量；在達到同等水質的前提下， 聚丙烯酰胺作為助凝劑與其它絮凝劑配合使用， 可以大大降低絮凝劑的使用量； 
2. 改善水質。在飲用水處理與工業廢水處理中， 聚丙烯酰胺與無機絮凝劑配合使用， 可明顯改善水質； 
3.  提高絮體強度與沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮體強度高， 沉降性能好， 從而提高固液分離速度， 有利于污泥脫水；
4. 循環冷卻系統的防腐與防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大減少無機絮凝劑的用量， 從而避免無機物質在設備表面的沉積， 減緩設備的腐蝕與結垢。

聚丙烯酰胺在采油中的應用 

聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學處理劑，廣泛用于石油開采的鉆井、固井、完井、修井、壓裂、酸化、注水、堵水調剖、三次采油作業過程中， 特別是在鉆井、堵水調剖和三次采油領域。聚丙烯酰胺水溶液具有較高的粘度， 有較好的增稠、絮凝和流變調節作用， 在石油開采中用作驅油劑和鉆井泥漿調節劑。在石油開采的中后期， 為提高原油采收率，我國目前主要推廣聚合物驅油和三元復合驅油技術。通過注入聚丙烯酰胺水溶液， 改善油水流速比，使采出物中原油含量提高。在三次采油中加入聚丙烯酰胺， 可增加驅油能力， 避免擊穿油層， 提高油床開采收率。中國石油工業是聚丙烯酰胺的最大用戶， 聚丙烯酰胺的科技進步促進了中國石油工業的發展， 石油工業的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技創新步伐與行業的發展。

聚丙烯酰胺在醫用材料中的應用

 聚丙烯酰胺凝膠可用作非凝血酶原?；瘎?，外科，隱形眼鏡原料，微膠囊的外層包復料，并用作制造高質量的止血拴，婦女衛生巾及小兒尿布等。粒度幾百微米到幾十微米的聚丙烯酰胺可用于色譜填料(例如凝膠色譜柱填料) ，可有效地分離細胞色素等球形蛋白質。并能進一步對蛋白質脫鹽、濃縮等。聚丙烯酰胺樹脂經 Mannich反應，在酰胺基側鏈上經亞甲基橋引入L- 脯氨酸或L- 羥脯氨酸，在與銅離子配位，得到手性配體樹脂，它對一系列DL氨基酸進行有效拆分。經Hofmann降解得到的聚乙烯胺樹脂上手性氨基酸再與銅離子絡合， 作為配體交換色譜的固定相，可對一系列氨基酸進行拆分，對芳香氨基酸的拆分效果尤佳，由于骨架的親水性較強，大大縮短了拆分時間。

 聚丙烯酰胺在造紙中的應用

 聚丙烯酰胺在造紙領域廣泛用作助留劑、助濾劑、均度劑等以提高紙張的質量、料漿脫水性能、細小纖維及填料的留著率，減少原材料消耗及對環境的污染，用作分散劑，可改善紙的均勻度。聚丙烯酰胺在造紙工業中主要應用在兩個方面，一是提高填料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對環境的污染；二是提高紙張的強度。在紙料中加入聚丙烯酰胺，能提高細小纖維和填料粒子在網上的留著率，加速紙料的脫水。聚丙烯酰胺的作用機理是漿料中的顆?？侩娭泻突蚣軜蚨跄靡栽跒V布上保留下來。絮塊的形成也能使漿料中的水更易濾出，減少了纖維在白水中的流失量，減少環境污染，又有利于提高過濾和沉淀等設備的效率。 

 分子量對聚丙烯酰胺粘度的影響 

聚丙烯酰胺溶液的粘度隨高聚物分子量的增大而增大，這是由于高分子溶液的粘度由分子運動時分子間的相互作用產生。當聚合物相對分子質量約為106時，高分子線團開始相互滲透，足以影響對光的散射。含量稍高時機械纏結足以影響粘度。含量相當低時，聚合物溶液可視為網狀結構，鏈間機械纏結和氫鍵共同形成網的節點。含量較高時，溶液含有許多鏈-鏈接觸點，使高聚物溶液呈凝膠狀。因此，高聚物相對分子質量越大，分子間越易形成鏈纏結，溶液的粘度越大。

 礦化度對聚丙烯酰胺粘度的影響 

聚丙烯酰胺分子鏈中陽離子基團相對于陰離子基團數目較多，凈電荷較多，極性較大，而H20是極性分子，根據相似相溶原理，聚合物水溶性較好，特性黏度較大；隨著礦物質含量的增加，正的靜電荷部分被陰離子包圍形成離子氛，從而與周圍正的靜電荷結合，聚合物溶液極性減小，黏度減小；礦物質濃度繼續增加，正、負離子基團形成分子內或分子間氫鍵的締合作用(導致聚合物在水中的溶解性下降)，同時加入的鹽離子通過屏蔽正、負電荷，拆散正、負離子間締合而使已形成的鹽鍵受到破壞(導致聚合物在水中的溶解性增大)，這兩種作用相互競爭，使得聚合物溶液在較高的鹽濃度(>0.06 mol/L)下粘度保持較小。

 水解時間對聚丙烯酰胺粘度的影響 

聚丙烯酰胺溶液粘度隨水解時間的延長而改變，水解時間短，粘度較小，這可能是由于高聚物還來不及形成網狀結構所致；水解時間過長，粘度下降，這是聚丙烯酰胺在溶液中結構發生松解所致。部分水解聚丙烯酰胺溶于水后離解成帶負電荷的大分子，分子間靜電排斥作用以及同一分子上不同鏈節之間的陰離子排斥力導致分子在溶液中伸展并能使分子之間相互纏繞，這就是部分水解聚丙烯酰胺能使其溶液粘度明顯增加的原因。

 溫度對聚丙烯酰胺粘度的影響

溫度是分子無規則熱運動激烈程度的反映，分子的運動必須克服分子間的相互作用力，而分子間的相互作用，如分子間氫鍵、內摩擦、擴散、分子鏈取向、纏結等，直接影響粘度的大小，故高聚物溶液的粘度會隨溫度發生變化。溫度改變對高聚物溶液粘度的影響是顯著的。聚丙烯酰胺溶液的粘度隨溫度的升高而降低，其原因是高分子溶液的分散相粒子彼此糾纏形成網狀結構的聚合體，溫度越高時，網狀結構越容易破壞，故其粘度下降。