聚丙烯酰胺反相乳液聚合研究進展

樊聰慧

摘要：隨著現代工業的發展，高分子材料已廣泛應用于生產的各個領域。反相乳液聚合技術的發展和改進，不僅優化了聚合物的合成工藝，而且減少了對環境的破壞。本文首先闡述了反相乳液聚合的反應機理。其次，介紹了聚丙烯酰胺的合成工藝及研究進展。最后介紹了聚丙烯酰胺在實際生產中的主要應用。

關鍵詞：丙烯酰胺;反相乳液聚合;技術進展

在過去的聚丙烯酰胺聚合生產中，不僅對工作溫度要求嚴格，而且工藝復雜，成本高。相反，反相乳液聚合技術的引入使聚合物生產技術取得了很大進展。由于反相乳液聚合過程中介質相對分散，也有利于工作條件的溫度控制。即使在低溫下，聚合也能有效地進行。因此，對反相乳液聚合原理進行解釋，研究其在生產中的應用具有重要的現實意義。

一、反相乳液聚合機理

（一）膠束成核

乳液聚合一般選用親水性引發劑，引發劑在反應過程中會逐漸轉化為自由基。并在沉降的影響下，與自由基快速聚合分解。經過比較可以得出，聚合后的顆粒總體尺寸明顯小于聚合前，但比表面積大于聚合前。反應過程與攪拌沒有相關性，只取決于水相的量。此外，乳化劑的分子排列與傳統工藝不同，主要表現在膠束熱力學的相關參數與單體液滴的相關參數完全不同。正因為如此，該工藝體系更有利于自由基的沉淀和高分子材料的快速生產。

（二）均相成核

所謂均勻核，是指在溶解度飽和的條件下，某些離子在靜電作用下析出而形成的晶核。通過對反應過程的觀察，發現過程體系并沒有膠束成核的恒速周期，而是呈現出來回浮動速率的現象。而這個速度只與攪拌有關，反應結束后顆粒的數量級沒有變化。此外，該過程中使用的引發劑只溶于水，在溶液中分解后自發形成高分子聚合物。

二、聚丙烯酰胺的合成方法

（一）聚合體系的表征

在聚丙烯酰胺聚合過程中，首先要分析乳液的穩定性。一般應在常溫下測量反應，或比較前后液滴離子的大小。乳化液粒徑無明顯變化時，乳化液的穩定性強，反之單體的穩定性較差。目前，行業主要采用機械和溫度兩個指標進行分析，從而更直接地反映乳化液的物理化學性質。其次，技術人員還需要合理分配單體，平衡油相和水相中單體的含量。在反應過程中對引發劑、油、水和乳液進行攪拌，通過專業設備將兩相分離。同時，技術人員應及時記錄紫外光譜，為兩相分配提供可靠的依據。最后，技術人員必須準確測量分子量。分子量的大小與絮凝劑的聚合能力呈正相關關系，可以反映絮凝劑的性能。在反應進行之前，可以先測量分子的質量，以便對工藝技術進行客觀評價。

（二）聚合工藝的參數

反相乳液聚合是一個復雜的系統過程，不僅涉及到乳化劑和單體的使用，而且油水比對反應也有非常明顯的影響。因此，在具體的制備和合成上比傳統工藝更加精細，這就要求嚴格執行所有參數。以乳化劑為例，其質量分數必須在12%以上。如果乳化劑不符合工藝要求，不僅會影響乳液的穩定性，還會使反應難以進行。技術人員還需要控制乳化劑的用量，避免邊界膜引起的擴散現象。在油水比較時，還應考慮合理的配比，以促進聚合反應的進行。根據相體積原理，如果某相的體積分數超過0.74，則遠遠高于合理的積累值，很容易出現變形等問題。此外，應控制單體的選擇和用量。例如，聚丙烯酰胺在水相中的溶解度通常約為50%，反應焓為每摩爾81千焦。快速聚合反應一旦開始，溶液中就會產生大量的熱量，這對產品的性能有非常不利的影響。因此，技術人員應控制好用量，不斷優化加料方式，以改善這一問題。

（三）聚合技術的發展

反相乳液聚合技術早在上個世紀就被引入中國，在各個生產領域受到業界的青睞。但筆者發現，由于技術不成熟或企業技術儲備薄弱，在實際應用中反應濃度往往較低。經過多年的發展，業界在融合技術上取得了重大突破。如輻射聚合、種子聚合等新思路，不僅提高了生產工藝的經濟指標，而且顯著提高了產品的性能。紫外技術在輻射聚合中的應用尤為重要。該工藝操作簡單，能在極短的時間內快速生產出目標產品。此外，由于紫外線輻射的特殊性，反應所需的引發劑量較少，可以大大節省企業的生產成本。近年來，隨著綠色生產的理念，業界也非常重視環境效益技術。在聚合過程中，工藝溫度和原料的用量需要控制。同時，有必要對定向乳液聚合中出現的固體殘留物提出相應的解決方案。

三、聚丙烯酰胺的應用

（一）水資源處理

一般來說，聚丙烯酰胺主要用于分散劑和絮凝劑的加工，在化工和制造業中發揮著重要的作用。水資源的凈化是最常見的一種，可以顯著提高水資源的質量。例如，目前人們在用水時對環境保護指標提出了更高的要求，水資源污染是一個普遍的問題。為了緩解這一問題，工業上采用聚丙烯酰胺作為絮凝劑進行預處理。水資源使用后的結垢現象得到及時控制，對以往的污水污染問題做出了很大的貢獻。工藝過程受水溫、ph值和攪拌速度的影響，操作時應結合具體的規格。例如，一些企業利用聚丙烯酰胺對水溶液進行堿性吸附，使水由酸性逐漸轉化為弱堿性。此外，該技術在不同水域的處理效果也不同，如河流水和湖泊水。通過研究和比較，河流等水域的絮凝性更為突出，因此在使用過程中應結合實際情況制定工藝方案。

（二）能源開采

石油作為現代工業的重要生產手段，已逐漸成為衡量一個國家工業水平的重要指標。為了提高采收率，石油企業經常使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑來輔助工作。例如，一些企業生產的聚丙烯酰胺阻水劑，在常規溫度下可吸收1.5升以上的水。不僅如此，如果產品放置半天后吸水率可以超過20%，其性能與傳統產品相比有了很大的提高。此外，聚丙烯酰胺堵水劑具有較強的耐熱性，可在高溫油田正常使用。此外，我國有些含鹽量較大的油田需要絮凝劑輔助開采。例如，一些公司使用聚丙烯酰胺和陽離子來形成環糊精物質。總的來說，經過此處理后，絮凝劑的張力和抗剪性能得到了改善，在油田生產中表現更為突出。

（三）醫療領域應用

生物組分主要由高分子材料構成，反相乳液聚合技術的成熟也為醫療衛生事業提供了新的發展方向。與傳統的聚合物產品相比，聚丙烯酰胺具有更可控的結構，更適合于醫學應用。例如，一些研究人員使用它作為化妝品材料，不僅符合相關的質量標準，而且與其他產品的兼容性更可靠。此外，該材料還可作為藥物釋放劑，有效提高藥物的半衰期。最后值得一提的是，聚丙烯酰胺還可以與海藻酸鈉作為原料生產醫用薄膜。本品比傳統工藝更具吸水性，可避免細胞內排異反應或不良反應。這與之前的肌肉組織實驗結果很吻合，證明聚丙烯酰胺產品的彈性和粘度參數滿足生物醫學的所有要求。

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