摘要：綜述了聚丙烯酰胺（PAM）水溶液的物理化學(xué)性質(zhì)。

聚丙烯酰胺（Polyacryamide，簡稱PAM）是一類重要的水溶性高分子聚合物，源于分子結(jié)構(gòu)上的特性，聚丙烯酰胺具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，易通過接枝或交聯(lián)得到支鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多種改性物，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)，享有“百業(yè)助劑”之稱。隨著我國工業(yè)化迅速發(fā)展，聚丙烯酰胺應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，需求量也不斷增加。

聚丙烯酰胺（PAM） 產(chǎn)品主要有3大劑型，即水溶液膠體、粉狀和乳液，每種劑型中都有不同離子型產(chǎn)品。根據(jù)PAM大分子鏈上官能基在水溶液中的離解性質(zhì)，可將其分為陰離子型（CPAM）、陽離子型（APAM）、非離子型（NPAM）及兩性離子型。

PAM的應(yīng)用主要視其水溶液的性質(zhì)而定，因此需要了解聚丙烯酰胺水溶液的特性，對聚丙烯酰胺的擴(kuò)大應(yīng)用和工業(yè)化快速發(fā)展具有重要意義。

聚丙烯酰胺水溶液的性質(zhì)

1、物理性質(zhì)

PAM能以任意比例溶于水，溶解不受溫度影響，其水溶液為均一清澈的高黏度液體。在適宜的低濃度下，聚合物溶液可視為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鏈間機(jī)械的纏結(jié)和氫鍵共同形成網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)；濃度較高時(shí)，由于溶液含有許多鏈-鏈接觸點(diǎn)，使得PAM溶液呈凝膠狀。

PAM水溶液與許多能和水互溶的有機(jī)物有很好的相容性，對電解質(zhì)有很好的相容性，對氯化胺、硫酸鈣、硫酸銅、氫氧化鉀、碳酸鈉、硼酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、氯化鋅、硼酸及磷酸等物質(zhì)不敏感。

PAM水溶液的黏度不僅與相對分子質(zhì)量、濃度、溫度有關(guān)，而且還受pH值、水解度及含鹽量等因素影響。在一定溫度下，黏度隨PAM分子量和濃度的增高而增加，近似可成對數(shù)關(guān)系，對高分子量的PAM而言，即使百分之幾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其溶液已相當(dāng)黏稠。升高溫度能降低黏度但不顯著。水解度增加，黏度增加，無機(jī)鹽的存在會(huì)使溶液黏度下降。pH的大小直接影響水解PAM分子中羧基的解離程度，進(jìn)而影響分子在水中的伸展程度，使黏度發(fā)生變化。

PAM水溶液為假塑性流體，濃度稍高時(shí)機(jī)械纏繞足以影響?zhàn)ざ?，其黏度隨剪切速率增加而下降，這是由于在剪切作用下大分子鏈伸展，堆積密度降低的結(jié)果。

PAM水溶液的穩(wěn)定性已能滿足許多應(yīng)用方面的要求，但會(huì)受物理應(yīng)力和化學(xué)反應(yīng)的影響，或因細(xì)微的鏈構(gòu)象重排而使溶液在陳放數(shù)日或數(shù)周內(nèi)，黏度越來越小，這將會(huì)降低它的使用效能。所以在制造和貯運(yùn)時(shí)，要細(xì)心控制條件，一般貯存溫度不宜超過50℃或更低的溫度。其他因素包括剪切、光、超聲波和加熱都可使聚合物降解。

2、化學(xué)性質(zhì)

2.1 水解反應(yīng)

PAM在80-100℃堿性條件下，可以通過它的酰胺基水解而轉(zhuǎn)化為含有羧基的聚合物，這種聚合物和丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物的結(jié)構(gòu)相似。反應(yīng)式如下：

由于水解產(chǎn)物中還含有酰胺基團(tuán)，這表示酰胺基并未完全水解，因此這種水解產(chǎn)物稱為部分水解PAM。工業(yè)生產(chǎn)中，常采用在AM聚合前的溶液中加進(jìn)堿，或者在聚合后的PAM膠體中拌進(jìn)堿制造部分水解的PAM。用這種方法很容易得到水解度為30%（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)） 的陰離子PAM產(chǎn)品。但要制備高水解度（特別是70%以上） 的陰離子PAM產(chǎn)品時(shí)，要用AM和丙烯酸鈉共聚的方法。

2.2 交聯(lián)反應(yīng)

PAM與甲醛水溶液在酸性條件下共熱可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，分子間的酰胺基通過亞甲基而交聯(lián)成不溶性凝膠。反應(yīng)式如下：

凝膠生成速率隨PAM和甲醛的濃度及溫度增加而增加，乙二醛、脲醛樹脂、密胺樹脂、酚醛樹脂等均可與PAM發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

2.3 羥甲基化反應(yīng)

在堿性條件下， PAM水溶液與甲醛在40-60℃可發(fā)生羥甲基化反應(yīng)。反應(yīng)式如下：

PAM和甲醛的羥甲基化反應(yīng)在酸性和堿性條件下均可進(jìn)行，在堿性條件（pH值8-10）時(shí)反應(yīng)速率很快；而在酸性條件下反應(yīng)進(jìn)行得較慢。因?yàn)檫@時(shí)大多數(shù)甲醛都以鏈狀形式存在，降低了其有效濃度。在高pH值下，上述反應(yīng)在室溫下也能進(jìn)行，若加熱到100℃以上則發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成不溶性凝膠。

2.4 磺甲基化反應(yīng)

PAM與亞硫酸氫鈉和甲醛在堿性條件下反應(yīng)，可在酰胺基上引入磺甲基生成陰離子衍生物—磺甲基化PAM。反應(yīng)式如下：

2.5 霍夫曼降解反應(yīng)

PAM可與次鹵酸鹽（如次氯酸鈉或次溴酸鈉） 在堿性條件下反應(yīng)，該反應(yīng)稱為霍夫曼降解反應(yīng)。反應(yīng)式如下：

2.6 胺甲基化反應(yīng)

PAM與甲醛和胺在堿性條件下作用，可生成N-甲基化丙烯酰胺聚合物，該反應(yīng)稱曼尼奇反應(yīng)。反應(yīng)式如下：