聚丙烯酰胺的制备及研究现状

聚丙烯酰胺(PAM)是一类水溶性高分子，按离子特性可分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型[1]。由于主链上含有大量的酰胺基团，PAM 可以与多种特定的化合物形成氢键，使其具有良好的絮凝性和稳定性，可以降低液体之间的摩擦阻力[2]。PAM 易溶于水，无毒，因其独特的性质而被应用于各个行业[3-5]。PAM 可通过接枝或交联进行改性，以制备功能性PAM 材料。例如以蔗渣纤维为原料，采用化学氧化法接枝丙烯酰胺单体，制备蔗渣接枝丙烯酰胺吸附材料，此类材料对重金属离子具有很好的吸附性能，在重金属离子废水处理领域具有较好的应用前景[6]。

1 聚丙烯酰胺的制备方法

1.1 水溶液聚合法

水溶液聚合法是将PAM 单体溶解在水溶液中，并添加引发剂，引发聚合反应。丙烯酰胺水溶液聚合通常使用氧化还原引发体系，其在聚合反应中的性能，容易受到聚合温度、丙烯酰胺用量[7]、引发剂种类[8]等因素的影响。通过水溶液聚合法制备的PAM为胶体或粉末状。PAM 胶体一般采用8%～10%丙烯酰胺水溶液聚合[9]，PAM 粉末一般采用20%～35%丙烯酰胺水溶液聚合[10]。水溶液聚合PAM 的设备便宜，操作简单，聚合温度易于控制，单体转化率高，且制备过程以水为溶剂，有益于环境保护。

孟方友等[11]通过水溶液聚合的方法，采用复合引发体系，使丙烯酰胺(AM)单体、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和苯乙烯(ST)发生共聚，得到疏水缔合三元阳离子聚丙烯酰胺共聚物。探讨了不同因素对共聚物特性黏数的影响，实验结果表明，当丙烯酰胺浓度为35%、反应温度为75℃，氧化还原剂用量为0.017%，丙烯酰胺(AM)单体、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和苯乙烯(ST)的质量比为5∶3∶2 时，产物的聚合较好。采用红外光谱(FT-IR)对聚合物的结构进行了表征。在此条件制备的聚合物的特性黏度为7.2×102mL·g-1。

刘军海等[12]以玉米淀粉为原料，丙烯酰胺为聚合单体，高锰酸钾为引发剂，采用水溶液聚合法制备了淀粉接枝丙烯酰胺聚合物(S-g-PAM)，并用红外光谱对产物进行了表征。通过正交优化，得到S-g-PAM 的最佳工艺条件为：pH=3，引发剂浓度为1.8 mmol·L-1，反应温度为50℃，反应时间为120 min，m(单体)∶m(淀粉)=2∶1。该工艺制备的聚合物用于处理印染废水，在pH=7、S-g-PAM 用量为0.6 g、温度为60℃、搅拌时间25 min 的条件下，COD去除率可达93.64%，印染废水的色度去除率可达96.50%。

崔广振等[13]以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)单体水溶液和丙烯酰胺(AM)为聚合单体，过硫酸铵(APS)为引发剂，采用水溶液聚合法合成了二元阳离子型聚丙烯酰胺。考察了单体投加量、反应温度、引发剂用量、反应时间对聚合物相对分子质量的影响，研究结果显示，聚合物相对分子质量可达5.1×106。进行了除油效果评价，实验结果表明聚合物具有良好的除油效果。

1.2 反相乳液聚合法与反相微乳液聚合法

反相乳液聚合法在1962 年由Vanderhoff 等[14]提出，是指水溶性的丙烯酰胺在非极性的有机溶剂中，借助油包水型乳化剂的作用，丙烯酰胺单体发生聚合反应。制备聚丙烯酰胺的成核机理为单体液滴成核[15]。反相乳液聚合体系一般由乳化剂、引发剂、单体溶液、水相及连续相等组成，此合成方法具有聚合速率快、聚合物相对分子质量高、速溶、降解慢、副产物少等优点[16]。Morsi R E 等[17]采用反相乳液聚合法制备球形聚丙烯酰胺（PAM）纳米颗粒，发现其平均粒径为20nm，在金属氧化物纳米颗粒（TiO2和ZnO）的存在下，进行丙烯酰胺的原位反相乳液聚合，透射电子显微镜图像证实了核/壳纳米复合结构的形成。对于PAM、TiO2/PAM、ZnO/PAM、TiO2-ZnO/PAM 纳米复合材料，制备的复合材料的吸水率分别为16.6、9、10 和7。在黑暗和光照条件下，研究所制备的复合材料的脱色效率，发现纳米复合材料具有高的光脱色能力。Uriostegui 等[18]开发了一种自由基反相乳液聚合制剂，用于制备丙烯酰胺（AAm）/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠（AMPSNa）/N-乙烯基吡咯烷酮（VP）三元共聚物。使用吐温85 将单体混合物的水溶液在正癸烷中乳化，过硫酸铵（APS）和过氧化二枯基（DCP）分别作为水相和油相的引发剂，通过温度和氧化还原催化反应，分析了乳液类型、稳定性、转化率和聚合速率。采用红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、凝胶渗透色谱仪（GPC）表征了所得的三元共聚物。

反相微乳液聚合法在1984 年由Francoise Candau 等[19]首次提出，是在反向乳液聚合法的基础上发展的一种合成方法。水相分散在油相中，在表面活性剂的作用下形成热力学体系，成核机理为均相成核和液滴连续成核。该合成方法具有固含量高、聚合速率快、稳定性好、分子量高且均一等优点[20]。Tan 等[21]使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸铵和亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂，丙烯酰胺（AM）和衣康酸（IA）为聚合单体，通过反相微乳液聚合法合成了温度和pH 敏感的智能纳米凝胶，研究了衣康酸和丙烯酰胺的质量比对智能纳米凝胶的盐吸收性、吸水性、温度/pH 敏感性的影响。随着衣康酸与丙烯酰胺质量比的增加，智能纳米凝胶的吸水性和pH 敏感性增加，但盐吸收性和温度敏感性降低，并通过TEM 和TGA，分别对智能纳米凝胶的形貌和热稳定性进行了表征。Zhi 等[22]采用反相微乳液聚合法，合成了耐热、耐盐的两性聚丙烯酰胺微球（APMS）。与传统的微球相比，APMS 具有优异的热稳定性、耐盐性和溶胀性，其堵塞系数为0.236～0.317。APMS 在连续注入实验中，也表现出了良好的抗水冲洗性和良好的堵塞强度。

文章来源：《造纸科学与技术》 网址: http://www.zzkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0207/344.html