聚丙烯酰胺網_51PAM.COM
聚丙烯酰胺為白色粉狀物，密度為1.320g/cm3(23℃)，玻璃化溫度為188℃，軟化溫度近于210℃，一般方法干燥時含有少量的水。干時又會很快從環境中吸取水分。用冷凍干燥法分離的均聚物是白色松軟的非結晶固體，但是當從溶液中沉淀并干燥后則為玻璃狀部分透明的固體。完全干燥的聚丙烯酰胺是脆性的白色固體。商品聚丙烯酰胺干粉通常是在適度的條件下干燥的，一般含水量為5%-15%。澆鑄在玻璃板上制備的高分子膜，則是透明、堅硬、易碎的固體。固體聚丙烯酰胺的物理性質見表2-9。
由于PAM分子鏈上含有酰胺基，有些還有離子基團，故其顯著特點是親水性高，比其他大多數水溶性高分子的親水性高得多。它易吸附水分和保留水分，使其在干燥時具有強烈的水分保留性，在干燥后又具有強烈的吸水性，且吸水率隨衍生物的離子性增加而增加。
PAM能以各種百分比溶于水，尤其當濃度高于70%時更認為是水溶性聚合物。相對分子質量似乎不影響水的溶解性，但是高相對分子質量聚合物在濃度超過10%時會形成凝膠狀結構。這是由于分子間形成氫鍵。PAM不溶于大多數有機溶液，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烴和芳香烴。有少數極性有機溶劑除外，如乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺。但這些有機溶劑的溶解性有限，往往需要加熱，否則無多大應用價值。此外可溶于甲酰胺、肼、乙二醇、嗎琳等溶劑中。由于工業上以水溶液形式進行應用，所以聚丙烯酰胺水溶液性質十分重要。
在非常稀薄的水溶液中，聚丙烯酰胺分子以獨立的未纏結的線團形式存在，當濃度稍高(達6*10^-4g/cm3)，相對分子質量達到1*10^6時，分子線團會發生相互滲透現象。當濃度較高時，大分子相互纏繞而影響到黏度，濃度為百分之幾至十分之幾時，由于大分子的相互機械纏繞或由于氫鍵的存在，形成網絡結構。在高濃度情況下，溶液中含有若干鏈段接觸的點而形成凝膠。高相對分子質量的稀溶液內有時形成纖維狀聚集體。聚集體隨相對分子質量和羧基含量的增加而增加，但加入鹽后則降低。
PAM可以通過用甲醇或丙酮從水溶液沉析出來的方法純化。干PAM可用含20%-30%水的甲醇或丙酮洗滌去掉雜質。
水是PAM的最好溶劑。實際生產中很重視PAM的水溶性，它與產品型式、分子結構、溶解方法、攪拌、溫度及pH值等有關。粉狀產品型式若能防止結團，則比膠體產品易溶。膠乳產品溶解性最好。提高溶解溫度能促進溶解，但一般不宜超過50℃，以防止降解及產生其他反應。粉粒產品在制造時適量添加一些無機鹽(如硫酸鈉)、尿素和表面活性劑等，能減弱PAM分子間的締合，防止結團，有助溶解。
聚丙烯酰胺均聚物溶液的黏度與pH值無關。部分水解的水溶液則在中性范圍內出現最大值。溶液中加入鹽類，均聚物不會產生沉淀，但在低水解度的聚丙烯酰胺水溶液中加入鹽類以后，黏度達到一最低值后再上升。高水解度者則黏度迅速下降以至于產生沉淀。測定聚丙烯酰胺溶液性質時，加入少量無機鹽，可防止其離子基團產生聚電解質效應。
當聚丙烯酰胺相對分子質量大于150*10^4，其水溶液濃度為0.001%-5%范圍時，溶液的黏度隨放置時間的延長而降低(稱為老化)，即溶液黏度不穩定。調整其pH值或加人氫醌、NaNO2、Na2SO3都不能提高溶液的穩定性，但加入2%異丙醇可使溶液黏度穩定，不發生變化。黏度不穩定的原因不是由于相對分子質最降低，而是由于在水分子氫鍵的作用下，大分子的溶液結構發生變化所致。用過硫酸鹽引發合成的聚丙烯酰胺，其水溶液黏度老化現象嚴重。
聚丙烯酰胺水溶液在很低的剪切速率作用下黏度不發生變化，但剪切速率增高后黏度將明顯下降，即變稀薄。當溫度一定時，隨相對分子質量和濃度的提高，黏度下降所要求的最低剪切速率降低。
聚丙烯酰胺的水溶液在受高剪切應力作用時，會發生大分子鏈降解和黏度降低，特別是超高相對分子質最聚丙烯酰胺高速攪拌時即可發生降解，超聲波具有同樣的作用。固體聚丙烯酰胺在研磨粉碎過程中，同樣會發生降解反應。降解過程中生成自由基，若有共聚單體存在則生成嵌段共聚物。
聚丙烯酰胺共聚物水溶液經放置老化后，黏度可能升高或降低，而相對分子質量未發生變化。其原因可能是由于酰胺基團水解，羧基含量增高的緣故。若存在陽離子基其影響更為明縣。酰胺基團脫除NH3則生成酰亞胺基團而使分子鏈的剛性增加甚至不溶于水。
PAM與其他聚電解質相比，具有較高的熱穩定性。但干燥加熱到100℃以上高溫時由于形成亞胺常引起交聯。高溫下長時間加熱，則會引起高分子降解。在無氧情況下加熱聚合物到210℃時，因脫水而輕微失重。繼續加熱，到210-300℃時引起酰胺基分解生成氨和水。335℃時開始進入二級分解區，約370℃時分解速率達到最大值。產生二級分解區是由于聚合物主鏈及酰胺分解，生成腈。溫度升至500℃時形成黑色干片狀粉末，樣品重量不再變化，但僅為原樣重量的30%-40%。
PAM產品外觀因制造方法而不同，主要取決于采用的聚合、干燥和粉碎工藝。最普通的是粉狀產品。水溶液聚合，熱風干燥后粉碎得到的是粉狀產品；水溶液聚合，不經過干燥而得到的是膠體產品；分散相乳液聚合得到的是固含量30%-50%的膠乳產品。
聚丙烯酰胺的溶解性
聚丙烯酰胺易溶于冷水，相對分子質量對其不溶性的影響不太明顯，但高相對分子質量的聚丙烯酰胺在濃度超過10%以后，就會形成凝膠狀的結構。提高溫度可以稍微促進溶解，但溶解溫度不要超過50℃，以防發生分子降解。為了獲得很好的水分散性，商品聚丙烯酰胺制成片狀、粒狀為宜。如果允許先使聚丙烯酰胺分散在水溶性醇中，然后再攪拌加到水中，將會大大加快溶解速率。聚丙烯酰胺在水中的溶解速率不受pH值的影響，但如果是部分水解的產品，pH值偏堿性，其溶解速率會稍稍增高。pH值大于10.5時，聚丙烯酰胺就會發生水解。未水解的聚丙烯酰胺的稀溶液不受大多數無機鹽的影響，但高價鹽會析出水解度為45%的聚丙烯酰胺，因為高價的金屬鹽與羧基形成不溶于水的鹽。
聚丙烯酰胺在有機溶劑中的溶解度一般是有限的。某些化合物，如乙二醇、甘油、二氧六圜、丙醇胺、嗎琳、丙二醇、醇-環氧乙烷加成物，對它具有有效的溶劑化作用，相當于聚合物的增塑劑。它不溶于大多數非極性有機溶劑，也不溶于丙酮和甲醇。
可以通過在甲醇或丙酮中沉淀的辦法來提純聚丙烯酰胺。用含20%-30%水的甲醇或丙酮對聚丙烯酰胺進行洗滌也可以去除雜質。
聚丙烯酰胺的黏度
聚丙烯酰胺水溶液黏度受溶液黏度、pH值、剪切速率及聚合物相對分子質量的影響。聚丙烯酰胺溶液的黏度和濃度近似于對數關系，見圖2-5。
高相對分子質量聚丙烯酰胺濃度超過10%時就很難處理。升高溫度則降低黏度，但并不顯著，見圖2-6。
非離子聚丙烯酰胺溶液黏度受pH值的影響不明顯。但當pH值在10以上時，聚丙烯酰胺由于水解，黏度很快升高。這時，pH值的影響才顯現出來，見圖2-7。
純聚丙烯酰胺易水解。在水溶液中，當pH值由酸性轉到堿性范圍時，非離子酰胺基轉為陰離子羥基，羥基因帶負電荷而產生斥力，導致大分子僵直，增加了分子間的摩擦力，黏度因而明顯地增加，這種現象只有在溶液存放一段時間后才會顯示出來，在溶液配制后3h左右測定黏度就看不到這種現象，見圖2-8。
聚丙烯酰胺溶液黏度隨著其水解度的升高而升高。pH值提高對黏度影響從表2-10中也有所反映。
聚丙烯酰胺是非牛頓流體，在剪切條件下顯示假塑性。轉速增加，即剪切速率增大，黏度降低。這種現象可以用高分子鏈的纏結概念來解釋。當剪切速率增大時，纏結被部分破壞，纏結點的數目因此有所降低，因而導致黏度下降，見圖2-9。纏結概念還可以解釋下面的現象：聚丙烯酰胺各種不同濃度的溶液黏度隨相對分子質量增大曲線都有一個拐點，見圖2-10。這個拐點表示在相對分子質量增大到某一數值后，黏度就急劇增大。這個數值就是大分子鏈開始產生纏結時聚丙烯酰胺相對分子質量。由于纏結，高分子鏈相互運動受到了空間阻礙，這就使黏度發生突變。據報道，這個突變的相對分子質量為44*10^4。
因為聚合物的相對分子質量常采用測定其溶液黏度的方法確定，因此對上述因素的影響應予以注意。同時，在利用聚丙烯酰胺溶液黏度的場合，也不應忽視該現象。
聚丙烯酰胺對鹽類等的容忍度
聚丙烯酰胺溶液對電解質有很好的容忍性。如對氯化按、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、磷酸等都不敏感，與表面活性劑也能相容。
聚丙烯酰胺可耐霉菌的侵蝕，但不耐其他微生物的侵蝕。因此，當聚丙烯酰胺溶液儲存時，應含有100-1000mg/L的殺菌劑或其他五氯酚鈉酯類的殺菌劑。
聚丙烯酰胺的絮凝作用
聚丙烯酰胺分子鏈很長，這就使它能在兩個粒子之間架橋。在部分水解的聚丙烯酰胺溶液中加入氧化鋁的水合物時，聚合物的陰離子點吸附在氧化鋁上的陽離子點上，黏度就迅速地增加或凝膠化，見圖2-11。這同一般絮凝的機理類似，即一個分子能同時吸附幾個粒子，使它們拉一起，迅速沉降。圖2-12是鈾礦的絮凝。沉降的速率取決于絮凝劑的濃度和懸浮固體的濃度，如果絮凝劑的用量過多，使粒子上的吸附點被迅速占領，減少了架橋的可能性，絮凝效率反而降低。
降低流體的動力學阻力
聚丙烯酰胺和其他水溶性聚合物一樣能大大降低流體通過管線所需要的能量。圖2-13表明，流體的阻力降取決于聚合物的濃度和流體的線速度。
在水力疏浚作業中經常采用管路輸送挖出物。在給定的泵送能力下增加挖出物的流動速率是很有意義的實用技術。使用高相對分子質量的聚丙烯酰胺就可以減少疏浚物的管流限力。當添加100mg/L SeparanAP273(美國道氏化學公司)的聚丙烯酰胺時，減阻可達70%。捷克的Dv，VACLAY，KOLAR在試驗室中對高嶺土、云母懸浮液在管道中的減阻效應作了測定，發現聚丙烯酰胺用量起著重要的作用，見圖2-14、圖2-15(圖中λ為摩阻系數)。λ=8τοο/pV2
所以λ=2A△P/pV2L
式中：τοο–壁面的剪切應力，Pa；p–液體密度，kg/m3；L–試驗段長度，m；△P–液體壓力降，Pa；D–管子直徑，m；V–流體液體管中線速度，m/s。
稀溶液及相對分子質量的測定
對聚丙烯酰胺溶液的理論研究是很活躍的。從應用角度研究聚丙烯酰胺溶液的目的之一是為了研究它的相對分子質量側定，即黏度法測定聚丙烯酰胺的相對分子質量。從圖2-16可知，就常用的重均相對分子質量來講，線1和線2是比較一致的，線5是在較低的NaCl濃度(1%)下測定的，這表明溶液可能部分水解。沒有水解的聚丙烯酰胺溶液的黏度同pH=3時黏度為7*10^-3Pa·s增加到pH=7時黏度為21*10^-3Pa·s，黏度因聚丙烯酰胺離子化而提高可以通過加入溶解鹽而恢復；但即使加入4%NaCl，有時也不能完全恢復非離子的黏度。
一般在0.1%-2%的濃度范圍內研究聚丙烯酰胺溶液的黏度。在更低的濃度下，黏度和濃度有近似的對數關系。
在奧氏和烏氏黏度之間沒有什么關系式。測量始終用同一種方法。測量相對分子質量時，一般需要NaNO3或在pH=3 下測量，這樣可以抑制氟斯(Fuoss)效應。相對分子質量越高，對切變就越敏感。100*10^4以上相對分子質量級別的聚合物在快帶攪拌和震動時，就會以一定速率降解?？梢园l現，在通過一根毛細管黏度計后黏度就下降了。
歡迎分享，請注明出處：聚丙烯酰胺網_51PAM.COM » 聚丙烯酰胺的物理性質
