聚丙烯酰胺的应用领域及影响因素-慧星化工

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聚丙烯酰胺是一种线型高分子聚合物，化学式为(C3H5NO)n。在常温下为坚硬的玻璃态固体。产品有胶液、胶乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。热稳定性良好。能以任意比例溶于水，水溶液为均匀透明的液体。长期存放后会因聚合物缓慢的降解而使溶液粘度下降，特别是在贮运条件较差时更为明显。聚丙烯酰胺作为润滑剂、悬浮剂、粘土稳定剂、驱油剂、降失水剂和增稠剂，在钻井、酸化、压裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了广泛应用，是一种极为重要的油田化学品。

聚丙烯酰胺在水处理中的领域

 水处理包括原水处理、污水处理和工业水处理等。在原水处理中与活性炭等配合使用， 可用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清。用有机絮凝剂丙烯酰胺代替无机絮凝剂， 即使不改造沉降池， 净水能力也可提高 20%以上；在污水处理中， 采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循环的使用率， 还可用作污泥脱水；工业水处理中用作一种重要的配方药剂。聚丙烯酰胺在国外应用最大的领域是水处理， 国内在此领域的应用正在推广。聚丙烯酰胺在水处理中的主要作用: 

1. 减少絮凝剂的用量。在达到同等水质的前提下， 聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂配合使用， 可以大大降低絮凝剂的使用量；在达到同等水质的前提下， 聚丙烯酰胺作为助凝剂与其它絮凝剂配合使用， 可以大大降低絮凝剂的使用量； 
2. 改善水质。在饮用水处理与工业废水处理中， 聚丙烯酰胺与无机絮凝剂配合使用， 可明显改善水质； 
3.  提高絮体强度与沉降速度。聚丙烯酰胺形成的絮体强度高， 沉降性能好， 从而提高固液分离速度， 有利于污泥脱水；
4. 循环冷却系统的防腐与防垢。聚丙烯酰胺的使用可大大减少无机絮凝剂的用量， 从而避免无机物质在设备表面的沉积， 减缓设备的腐蚀与结垢。

聚丙烯酰胺在采油中的应用 

聚丙烯酰胺是一类多功能的油田化学处理剂，广泛用于石油开采的钻井、固井、完井、修井、压裂、酸化、注水、堵水调剖、三次采油作业过程中， 特别是在钻井、堵水调剖和三次采油领域。聚丙烯酰胺水溶液具有较高的粘度， 有较好的增稠、絮凝和流变调节作用， 在石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆调节剂。在石油开采的中后期， 为提高原油采收率，我国目前主要推广聚合物驱油和三元复合驱油技术。通过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， 可增加驱油能力， 避免击穿油层， 提高油床开采收率。中国石油工业是聚丙烯酰胺的最大用户， 聚丙烯酰胺的科技进步促进了中国石油工业的发展， 石油工业的需求又加速了聚丙烯酰胺的科技创新步伐与行业的发展。

聚丙烯酰胺在医用材料中的应用

 聚丙烯酰胺凝胶可用作非凝血酶原粒化剂，外科，隐形眼镜原料，微胶囊的外层包复料，并用作制造高质量的止血拴，妇女卫生巾及小儿尿布等。粒度几百微米到几十微米的聚丙烯酰胺可用于色谱填料(例如凝胶色谱柱填料) ，可有效地分离细胞色素等球形蛋白质。并能进一步对蛋白质脱盐、浓缩等。聚丙烯酰胺树脂经 Mannich反应，在酰胺基侧链上经亚甲基桥引入L- 脯氨酸或L- 羟脯氨酸，在与铜离子配位，得到手性配体树脂，它对一系列DL氨基酸进行有效拆分。经Hofmann降解得到的聚乙烯胺树脂上手性氨基酸再与铜离子络合， 作为配体交换色谱的固定相，可对一系列氨基酸进行拆分，对芳香氨基酸的拆分效果尤佳，由于骨架的亲水性较强，大大缩短了拆分时间。

 聚丙烯酰胺在造纸中的应用

 聚丙烯酰胺在造纸领域广泛用作助留剂、助滤剂、均度剂等以提高纸张的质量、料浆脱水性能、细小纤维及填料的留着率，减少原材料消耗及对环境的污染，用作分散剂，可改善纸的均匀度。聚丙烯酰胺在造纸工业中主要应用在两个方面，一是提高填料、颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染；二是提高纸张的强度。在纸料中加入聚丙烯酰胺，能提高细小纤维和填料粒子在网上的留着率，加速纸料的脱水。聚丙烯酰胺的作用机理是浆料中的颗粒靠电中和或架桥而絮凝得以在滤布上保留下来。絮块的形成也能使浆料中的水更易滤出，减少了纤维在白水中的流失量，减少环境污染，又有利于提高过滤和沉淀等设备的效率。 

 分子量对聚丙烯酰胺粘度的影响 

聚丙烯酰胺溶液的粘度随高聚物分子量的增大而增大，这是由于高分子溶液的粘度由分子运动时分子间的相互作用产生。当聚合物相对分子质量约为106时，高分子线团开始相互渗透，足以影响对光的散射。含量稍高时机械缠结足以影响粘度。含量相当低时，聚合物溶液可视为网状结构，链间机械缠结和氢键共同形成网的节点。含量较高时，溶液含有许多链-链接触点，使高聚物溶液呈凝胶状。因此，高聚物相对分子质量越大，分子间越易形成链缠结，溶液的粘度越大。

 矿化度对聚丙烯酰胺粘度的影响 

聚丙烯酰胺分子链中阳离子基团相对于阴离子基团数目较多，净电荷较多，极性较大，而H20是极性分子，根据相似相溶原理，聚合物水溶性较好，特性黏度较大；随着矿物质含量的增加，正的静电荷部分被阴离子包围形成离子氛，从而与周围正的静电荷结合，聚合物溶液极性减小，黏度减小；矿物质浓度继续增加，正、负离子基团形成分子内或分子间氢键的缔合作用(导致聚合物在水中的溶解性下降)，同时加入的盐离子通过屏蔽正、负电荷，拆散正、负离子间缔合而使已形成的盐键受到破坏(导致聚合物在水中的溶解性增大)，这两种作用相互竞争，使得聚合物溶液在较高的盐浓度(>0.06 mol/L)下粘度保持较小。

 水解时间对聚丙烯酰胺粘度的影响 

聚丙烯酰胺溶液粘度随水解时间的延长而改变，水解时间短，粘度较小，这可能是由于高聚物还来不及形成网状结构所致；水解时间过长，粘度下降，这是聚丙烯酰胺在溶液中结构发生松解所致。部分水解聚丙烯酰胺溶于水后离解成带负电荷的大分子，分子间静电排斥作用以及同一分子上不同链节之间的阴离子排斥力导致分子在溶液中伸展并能使分子之间相互缠绕，这就是部分水解聚丙烯酰胺能使其溶液粘度明显增加的原因。

 温度对聚丙烯酰胺粘度的影响

温度是分子无规则热运动激烈程度的反映，分子的运动必须克服分子间的相互作用力，而分子间的相互作用，如分子间氢键、内摩擦、扩散、分子链取向、缠结等，直接影响粘度的大小，故高聚物溶液的粘度会随温度发生变化。温度改变对高聚物溶液粘度的影响是显著的。聚丙烯酰胺溶液的粘度随温度的升高而降低，其原因是高分子溶液的分散相粒子彼此纠缠形成网状结构的聚合体，温度越高时，网状结构越容易破坏，故其粘度下降。