聚丙烯酰胺反相乳液聚合研究进展

2020-09-10 12:53樊聪慧
看世界·学术下半月 2020年7期
关键词:丙烯酰胺

樊聪慧

摘要:随着现代工业的发展,高分子材料已广泛应用于生产的各个领域。反相乳液聚合技术的发展和改进,不仅优化了聚合物的合成工艺,而且减少了对环境的破坏。本文首先阐述了反相乳液聚合的反应机理。其次,介绍了聚丙烯酰胺的合成工艺及研究进展。最后介绍了聚丙烯酰胺在实际生产中的主要应用。

关键词:丙烯酰胺;反相乳液聚合;技术进展

在过去的聚丙烯酰胺聚合生产中,不仅对工作温度要求严格,而且工艺复杂,成本高。相反,反相乳液聚合技术的引入使聚合物生产技术取得了很大进展。由于反相乳液聚合过程中介质相对分散,也有利于工作条件的温度控制。即使在低温下,聚合也能有效地进行。因此,对反相乳液聚合原理进行解释,研究其在生产中的应用具有重要的现实意义。

一、反相乳液聚合机理

(一)胶束成核

乳液聚合一般选用親水性引发剂,引发剂在反应过程中会逐渐转化为自由基。并在沉降的影响下,与自由基快速聚合分解。经过比较可以得出,聚合后的颗粒总体尺寸明显小于聚合前,但比表面积大于聚合前。反应过程与搅拌没有相关性,只取决于水相的量。此外,乳化剂的分子排列与传统工艺不同,主要表现在胶束热力学的相关参数与单体液滴的相关参数完全不同。正因为如此,该工艺体系更有利于自由基的沉淀和高分子材料的快速生产。

(二)均相成核

所谓均匀核,是指在溶解度饱和的条件下,某些离子在静电作用下析出而形成的晶核。通过对反应过程的观察,发现过程体系并没有胶束成核的恒速周期,而是呈现出来回浮动速率的现象。而这个速度只与搅拌有关,反应结束后颗粒的数量级没有变化。此外,该过程中使用的引发剂只溶于水,在溶液中分解后自发形成高分子聚合物。

二、聚丙烯酰胺的合成方法

(一)聚合体系的表征

在聚丙烯酰胺聚合过程中,首先要分析乳液的稳定性。一般应在常温下测量反应,或比较前后液滴离子的大小。乳化液粒径无明显变化时,乳化液的稳定性强,反之单体的稳定性较差。目前,行业主要采用机械和温度两个指标进行分析,从而更直接地反映乳化液的物理化学性质。其次,技术人员还需要合理分配单体,平衡油相和水相中单体的含量。在反应过程中对引发剂、油、水和乳液进行搅拌,通过专业设备将两相分离。同时,技术人员应及时记录紫外光谱,为两相分配提供可靠的依据。最后,技术人员必须准确测量分子量。分子量的大小与絮凝剂的聚合能力呈正相关关系,可以反映絮凝剂的性能。在反应进行之前,可以先测量分子的质量,以便对工艺技术进行客观评价。

(二)聚合工艺的参数

反相乳液聚合是一个复杂的系统过程,不仅涉及到乳化剂和单体的使用,而且油水比对反应也有非常明显的影响。因此,在具体的制备和合成上比传统工艺更加精细,这就要求严格执行所有参数。以乳化剂为例,其质量分数必须在12%以上。如果乳化剂不符合工艺要求,不仅会影响乳液的稳定性,还会使反应难以进行。技术人员还需要控制乳化剂的用量,避免边界膜引起的扩散现象。在油水比较时,还应考虑合理的配比,以促进聚合反应的进行。根据相体积原理,如果某相的体积分数超过0.74,则远远高于合理的积累值,很容易出现变形等问题。此外,应控制单体的选择和用量。例如,聚丙烯酰胺在水相中的溶解度通常约为50%,反应焓为每摩尔81千焦。快速聚合反应一旦开始,溶液中就会产生大量的热量,这对产品的性能有非常不利的影响。因此,技术人员应控制好用量,不断优化加料方式,以改善这一问题。

(三)聚合技术的发展

反相乳液聚合技术早在上个世纪就被引入中国,在各个生产领域受到业界的青睐。但笔者发现,由于技术不成熟或企业技术储备薄弱,在实际应用中反应浓度往往较低。经过多年的发展,业界在融合技术上取得了重大突破。如辐射聚合、种子聚合等新思路,不仅提高了生产工艺的经济指标,而且显著提高了产品的性能。紫外技术在辐射聚合中的应用尤为重要。该工艺操作简单,能在极短的时间内快速生产出目标产品。此外,由于紫外线辐射的特殊性,反应所需的引发剂量较少,可以大大节省企业的生产成本。近年来,随着绿色生产的理念,业界也非常重视环境效益技术。在聚合过程中,工艺温度和原料的用量需要控制。同时,有必要对定向乳液聚合中出现的固体残留物提出相应的解决方案。

三、聚丙烯酰胺的应用

(一)水资源处理

一般来说,聚丙烯酰胺主要用于分散剂和絮凝剂的加工,在化工和制造业中发挥着重要的作用。水资源的净化是最常见的一种,可以显著提高水资源的质量。例如,目前人们在用水时对环境保护指标提出了更高的要求,水资源污染是一个普遍的问题。为了缓解这一问题,工业上采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂进行预处理。水资源使用后的结垢现象得到及时控制,对以往的污水污染问题做出了很大的贡献。工艺过程受水温、ph值和搅拌速度的影响,操作时应结合具体的规格。例如,一些企业利用聚丙烯酰胺对水溶液进行碱性吸附,使水由酸性逐渐转化为弱碱性。此外,该技术在不同水域的处理效果也不同,如河流水和湖泊水。通过研究和比较,河流等水域的絮凝性更为突出,因此在使用过程中应结合实际情况制定工艺方案。

(二)能源开采

石油作为现代工业的重要生产手段,已逐渐成为衡量一个国家工业水平的重要指标。为了提高采收率,石油企业经常使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂来辅助工作。例如,一些企业生产的聚丙烯酰胺阻水剂,在常规温度下可吸收1.5升以上的水。不仅如此,如果产品放置半天后吸水率可以超过20%,其性能与传统产品相比有了很大的提高。此外,聚丙烯酰胺堵水剂具有较强的耐热性,可在高温油田正常使用。此外,我国有些含盐量较大的油田需要絮凝剂辅助开采。例如,一些公司使用聚丙烯酰胺和阳离子来形成环糊精物质。总的来说,经过此处理后,絮凝剂的张力和抗剪性能得到了改善,在油田生产中表现更为突出。

(三)医疗领域应用

生物组分主要由高分子材料构成,反相乳液聚合技术的成熟也为医疗卫生事业提供了新的发展方向。与传统的聚合物产品相比,聚丙烯酰胺具有更可控的结构,更适合于医学应用。例如,一些研究人员使用它作为化妆品材料,不仅符合相关的质量标准,而且与其他产品的兼容性更可靠。此外,该材料还可作为药物释放剂,有效提高药物的半衰期。最后值得一提的是,聚丙烯酰胺还可以与海藻酸钠作为原料生产医用薄膜。本品比传统工艺更具吸水性,可避免细胞内排异反应或不良反应。这与之前的肌肉组织实验结果很吻合,证明聚丙烯酰胺产品的弹性和粘度参数满足生物医学的所有要求。

参考文献:

[1]王颖.苏宝根.邢华斌.等.离子液体在微乳液聚合中的应用[J].现代化工,2014(2):38-43.

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