聚丙烯醯胺是水溶性的有機高分子化合物、 主鏈上有活潑的醯胺基和雙鍵。採用不同的聚合工藝、引入不同的官能團、 可得到不同分子量和不同電荷密度的聚丙烯醯胺系列產品、是化學性質非常活潑和套用廣泛的多功能高分子化合物。 聚丙烯醯胺作為造紙助劑、 套用非常廣泛。根據分子量的不同、聚丙烯醯胺在造紙工業中可用作乾強劑、助留劑、助濾劑和絮凝劑等。造紙行業中高分子量低電荷密度的陽離子聚丙烯醯胺是最常用的助留劑之一。 因為其所帶電荷與纖維所帶的電荷相反、可直接與無機鹽離子、纖維以及其它有機高分子發生靜電橋樑作用可以起到很好的絮凝作用、 且不受漿料 pH值的限制。陽離子聚丙烯醯胺用於在造紙助留過程中利用填料表面的負電性、用陽離子高分子聚電解質對其進行陽離子化、 以增加填料顆粒與紙漿纖維和細小纖維的吸附、 從而提高填料的單程留著率、 並減少白水中的填料含量、 減少流失從而降低成本、 還可以降低漿料上網的濃度和灰分、延長成形網的壽命、並且紙頁的平滑度和不透明度可以得到改善。
基本介紹
陰離子聚丙烯醯胺,陽離子聚丙烯醯胺,聚丙烯醯胺的助留助濾作用,助留原理,橋聯吸附作用,電荷吸附,有效性,助濾原理,聚丙烯醯胺的生產步驟,丙烯醯胺單體生產技術,聚丙烯醯胺聚合技術,
陰離子聚丙烯醯胺
陰離子聚丙烯醯胺（APAM）產品描述：陰離子聚丙烯醯胺（APAM）外觀為白色粉粒，分子量從600萬到2500萬水溶解性好，能以任意比例溶解於水且不溶於有機溶劑。有效的PH值範圍為7到14，在中性鹼性介質中呈高聚合物電解質的特性，與鹽類電解質敏感，與高價金屬離子能交聯成不溶性凝膠體。
工業廢水處理：對於懸浮顆粒，較出、濃度高、粒子帶陽電荷，水的PH值為中性或鹼性的污水，鋼鐵廠廢水，電鍍廠廢水，冶金廢水，洗煤廢水等污水處理，效果最好。飲用水處理：我國很多自來水廠的水源來自江河，泥沙及礦物質含量高，比較渾濁，雖經過沉澱過濾，仍不能達到要求，需要投加絮凝劑，投加量是無機絮凝劑的1/50，但效果是無機絮凝劑的幾倍，對於有機物污染嚴重的江河水可採用無機絮凝劑和陽離子聚丙烯醯胺配合使用效果更好。現投加陰離子聚丙烯醯胺，使澱粉微粒絮凝沉澱，然後將沉澱物經壓濾機壓濾變成餅狀，可作飼料，酒精廠的酒精也可採用陰離子聚丙烯醯胺脫水，壓濾進行回收。用於河水泥漿沉降。用於造紙乾強劑。
用於造紙助劑、助率劑。在造紙前泵口式儲漿池中加入微量PAM-LB-3陰離子聚丙烯醯胺可使水中填料與細小纖維在網上存留提高20-30%。每噸可節約紙漿20-30kg。
陽離子聚丙烯醯胺
陽離子聚丙烯醯胺（CPAM）產品特性：陽離子聚丙烯醯胺（CPAM）外觀為白色粉粒，離子度從20%到55%水溶解性好，能以任意比例溶解於水且不溶於有機溶劑。呈高聚合物電解質的特性，適用於帶陰電荷及富含有機物的廢水處理。適用於染色、造紙、食品、建築、冶金、選礦、煤粉、油田、水產加工與發酵等行業有機膠體含量較高的廢水處理，特別適用於城市污水、城市污泥、造紙污泥及其它工業污泥的脫水處理。
用途
1)用於污泥脫水根據污泥性質可選用本產品的相應型號，可有效在污泥進入壓濾之前進行污泥脫水，脫水時，產生絮團大，不粘濾布，壓濾時不散，流泥餅較厚，脫水效率高，泥餅含水率在80%以下。
3)用於以江河水作水源的自來水的處理絮凝劑，用量少，效果好，成本低，特別是和無機絮凝劑複合使用效果更好，它將成為治長江、黃河及其它流域的自來水廠的高效絮凝劑。
4)造紙用增強劑及其它助劑。提高填料、顏料等存留率、紙張的強度。
5)用於油田經學助劑，如粘土防膨劑，油田酸化用稠化劑。
6)用於紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。
聚丙烯醯胺的助留助濾作用
聚丙烯醯胺的分子量是影響助留效果的一個非常重要的因素。根據橋聯理論，一個單一聚合物連線多個懸浮粒子，形成架橋，構成由聚合物連線在一起的粒子的大絮片，產生絮聚，高分子量聚丙烯醯胺的鏈長，活性大，在懸浮液中伸得較遠，因而連線的粒子多，絮聚完成得好。作為助留劑，陽離子聚丙烯醯胺優於非離子型，而非離子聚丙烯醯胺又優於陰離子聚丙烯醯胺。陽離子聚丙烯醯胺能以延伸結構吸附在懸浮物表面，形成電荷中心，並能吸引帶相反電荷的粒子(細小纖維和填料)，因兩在陽離子體系中既有橋聯作用又存在補丁作用，形成了較大的絮聚物。非離子和陰離子以橋聯作用為主，而陰離子的絮聚又受到了同性電荷排斥的影響。
助留原理
橋聯吸附作用
在聚合過程中，美佳Meja造紙助劑通過原料的選擇與工藝調整，生產出分子量高度一致，帶支鏈結構的高分子聚合物。
CPAM類產品是建立在電荷吸附與橋聯作用基礎上實現助留的。有別於傳統產品橋聯吸附點少（首尾兩點）的狀況，美佳Meja造紙助劑的支鏈能提供大量不同的吸附點，從而使單分子所選擇橋聯吸附的微粒數量與尺寸範圍大大拓展！
如果一種產品沒有共聚形成支鏈的技術，那么這種產品不能和美佳Meja造紙助劑比，即使是純度再高，添加3倍以上美佳Meja造紙助劑的使用量，在低車速、單元助留造紙中的留駐能力不可能強過美佳Meja造紙助劑。
電荷吸附
CPAM類產品的另一個助留原理是電荷吸附，通過在聚合過程中聚入陽離子單體來實現，但單純的添加與聚合，並不能使陽離子單體與分子鏈良好整合，很多產品的離子單體游離在分子鏈之外，或者與分子鏈的結合力非常小，很容易分散。
美佳Meja造紙助劑通過不飽和吸附技術，將離子單體牢固的吸附在帶支鏈的分子鏈上，其離子單體是真正有效的離子單體，如果一種產品沒有吸附技術，那么這種產品不能和美佳Meja造紙助劑比，尤其在低車速、單元助留造紙中，即使產品中添加再多的離子單體，標稱離子度再高，也白費心機，很容易直接隨白水被排放掉。
美佳Meja造紙助劑通過導入其它共聚物，能使原本呈陽性的分子，變成強陽性，從而大大增加電荷吸附能力。
有效性
Meja造紙助劑是嚴格的均分子量產品，其產品中幾乎每個分子都具備成為“絮凝中心”的能力！
Meja造紙助劑是一款可以被徹底稀釋的產品！其原液中有多少有效絮凝分子，稀釋後就有多少有效絮凝中心！
以上原因，決定了很多進口乾粉類產品雖然固含有可能達到美佳Meja造紙助劑的2-3倍。但在實際使用過程中，並不能以美佳Meja造紙助劑的1/3-1/2用量來獲得相同的留駐能力（在試驗中可以證實），但他們的價格卻是美佳Meja造紙助劑的3-4倍，在獲得相同的留駐率前提下，美佳Meja造紙助劑一樣比這些進口產品節省約50%的助留成本。
助濾原理
造紙助劑為產品帶來良好的助濾性，建立在以下基礎上：
均勻的分子量、分子結構，帶來均勻的絮團，這些絮團在紙網上的分布，明顯有別與不使用高分子絮凝劑或使用其它分子量不均勻的成品造成不均勻絮團時的情況。
在沒有使用高分子絮凝劑時，漿料纖維與填料因為粒經大小不一，在紙網上由於重力作用的結果進行自動的空間分布，細小物質填充於粒經較大的物質縫隙間，形成緻密的阻隔層，嚴重減低水份下滲速度。
絮團能很好的阻止粒經大小的物質進行緻密排列，原本用於填充空隙的細小物質被絮聚，從而有效騰出水份下滲空間，使濾水速度明顯加快。但不均勻的絮團，尤其是分子量大小嚴重不一致的產品所帶來的絮團，粒經上差別顯著，小絮團同樣能進入到大的絮團空隙間，減少水份下滲速度。
聚丙烯醯胺的生產步驟
聚丙烯醯胺生產步驟一共兩步：
丙烯醯胺單體生產技術
丙烯醯胺單體的生產時以丙烯腈為原料，在催化劑作用下水合生成丙烯醯胺單體的粗產品，經閃蒸、精製後得精丙烯醯胺單體，此單體即為聚丙烯醯胺的生產原料。
丙烯腈+(水催化劑/水) →合 →丙烯醯胺粗品→閃蒸→精製→精丙烯醯胺
按催化劑的發展歷史來分，單體技術已經歷了三代：
第一代為硫酸催化水合技術，此技術的缺點是丙烯腈轉化率低，丙烯醯胺產品收率低、副產品低，給精製帶來很大負擔，此外由於催化劑硫酸的強腐蝕性，使設備造價高，增加了生產成本；
第二代為二元或三元骨架銅催化生產技術，該技術的缺點是在最終產品中引入了影響聚合的金屬銅離子，從而增加了後處理精製的成本；第三代為微生物腈水合酶催化生產技術，此技術反應條件溫和，常溫常壓下進行，具有高選擇性、高收率和高活性的特點，丙烯腈的轉化率可達到100%，反應完全，無副產物和雜質。 產品丙烯醯胺中不含金屬銅離子，不需進行離子交換來出去生產過程中所產生的銅離子，簡化了工藝流程，此外，氣相色譜分析表明丙烯醯胺產品中幾乎不含游離的丙烯腈，具有高純性，特別適合製備超高相對分子質量的聚丙烯醯胺及食品工業所需的無毒聚丙烯醯胺。
微生物催化丙烯醯胺單體生產技術，首先由日本在1985年建立了6000t/a的丙烯醯胺裝置，其後俄羅斯也掌握了此項技術，20世紀90年代時日本和俄羅斯相繼建立了萬噸級微生物催化丙烯醯胺裝置。我國是繼日本、俄羅斯之後，世界上第三個擁有此技術的國家。微生物催化劑活性為2857國際生化單位，已經達到了國際水平。我國微生物催化丙烯醯胺單體生產技術是由上海市農藥所經過“七五”、“八五”和“九五”等3個五年計畫開發完成的，微生物催化劑腈水合酶是在1990年篩選出的，是由泰山山腳土壤中分離出163菌株和無錫土壤中分離出145菌株，經種子培養得到的腈水合酶，代號為Norcardia-163。該技術現已在江蘇如皋、江西南昌、勝利油田及河北萬全先後投產，質量上乘，達到了生產超高相對分子質量聚丙烯醯胺的質量指標。
現在正利用該技術的改進型工藝的油兩家：一個是配備2×10t/a為生物催化法丙烯醯胺裝置的北京恆聚油田化工集團有限公司另一個是1.3×10t/a微生物催化法丙烯醯胺裝置的配備 大慶煉化公司聚合物二廠。
標誌著我國微生物催化丙烯醯胺技術已經達到了國際先進水平。
聚丙烯醯胺聚合技術
聚丙烯醯胺生產是以丙烯醯胺水溶液為原料，在引發劑的作用下，進行聚合反應，在反應完成後生成的聚丙烯醯胺膠塊經切切割、造粒、乾燥、粉碎，最終製得聚丙烯醯胺產品。關鍵工藝是聚合反應，在其後的處理過程中要注意機械降溫、熱降解和交聯，從而保證聚丙烯醯胺的相對分子質量和水溶解性。
丙烯醯胺+水（引發劑/聚合）→聚丙烯醯胺膠塊→造粒→乾燥→粉碎→聚丙烯醯胺產品
我國聚丙烯醯胺生產技術大概也經歷了3個階段:
第一階段是最早採用盤式聚合，即將混合好的聚合反應液放在不鏽鋼盤中，再將這些不鏽鋼盤推至保溫烘房中，聚合數小時後，從烘房中推出，用鍘刀把聚丙烯醯胺切成條狀，進絞肉機造粒，烘房乾燥，粉碎製得成品。這種工藝完全是手工作坊式。
第二階段是採用捏合機，即將混合好的聚合反應液放在捏合機中加熱，聚合開始後，開始捏合機，一邊聚合一邊捏合，聚合完後，造粒也基本完成，倒出物料經乾燥、粉碎得成品。
第三階段是，20世紀80年代後期，開發了錐形釜聚合工藝，由核工業部五所在江蘇江都化工廠試車成功。該工藝在錐形釜下部帶有造料旋轉刀，聚合物在壓出的同時，即成粒狀，經轉鼓乾燥機乾燥，粉碎得產品。
為了避免聚丙烯醯胺膠塊黏附在聚合釜釜壁上，有的技術採用氟或矽的高分子化合物塗覆在聚合釜的內壁上，但此塗覆層在上產過程中易脫落而污染聚丙烯醯胺產品。
也有可旋轉的錐形釜，聚合反應完成後，聚合釜倒轉將聚丙烯醯胺膠塊倒出）、造粒方式 （有機械造粒、切割造粒，也有濕式造粒即分散液中造粒）、乾燥方式（有採用穿流迴轉乾燥，也有用振動流化床乾燥）及粉碎方式。這些不同中有些是設備質量上有差異，有些是採用的具體方式上的油差異，但總的來看，聚合技術趨向於固定錐形釜聚合，振動流化床乾燥技術。
聚丙烯醯胺生產技術除了上述的單元操作外，在工藝配方上還有較明顯的差別，引發就有前加鹼共水解工藝和後加鹼後水解工藝之分，兩種方法各有利弊，前加鹼共水解工藝過程簡單，但存在水解傳熱易產生交聯和相對分子質量損失大的問題，後加鹼後水解雖然工藝過程增加了，但水解均勻不易產生交聯，對產品相對分子質量損失也不大。
目前我國聚丙烯醯胺聚合用的引發劑有無機引發劑、有機引發劑和無機—有機混合體系3中類型。
（1）過氧化物
過氧化物大致分為無機過氧化物和有機過氧化物。無機過氧化物如過硫酸鉀、過硫酸銨、過溴酸鈉和過氧化氫等。有機過氧化物如過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯和叔丁羥基過氧化物等。它們配用的還原劑有硫酸亞鐵、氯化亞鐵、偏亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉等。
（2）偶氮化合物類
如偶氮二異丁腈、偶氮雙二甲基戊腈、偶氮雙氰基戊酸鈉和20世紀80年代開發的偶氮脒鹽系列，如偶氮N-取代脒丙烷鹽酸鹽是一類競相開發的產品，它們的加入濃度為萬分之0.005-1，催化效率很高，有助於生產相對分子質量高的產品，且溶於水，便於使用。
