摘要：本文主要是對聚丙烯酰胺的生產(chǎn)方法進(jìn)行闡述，主要包括水溶液聚合法、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、懸浮聚合、沉淀聚合、輻射聚合法、泡沫聚合法等，針對各類方法存在的優(yōu)缺點，探討國內(nèi)生產(chǎn)中存在的不足和改進(jìn)方向。
聚丙烯酰胺（PAM）是一類重要的水溶性高分子聚合物，是由丙烯酰胺均聚或與其他單體共聚而成，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上的線性水溶性高分子化學(xué)產(chǎn)品的總稱。源于分子結(jié)構(gòu)上的特性，PAM具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基，易形成氫鍵，具有良好的水溶性和很高的化學(xué)活性，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。PAM及其衍生物都是通過丙烯酰胺（AM）的自由基聚合制成的均聚物或共聚物。具體生產(chǎn)方法主要有以下幾種：
1、水溶液聚合
該方法在生產(chǎn)中既可靠又經(jīng)濟(jì)合理，是PAM的主要生產(chǎn)技術(shù)。AM水溶液在適當(dāng)?shù)臏囟认?，幾乎可以使用所有的自由基引發(fā)方式進(jìn)行聚合，聚合過程遵循一般自由基聚合反應(yīng)的規(guī)律，自由基聚合反應(yīng)的全過程一般由鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移四個基元反應(yīng)組成。AM聚合反應(yīng)放熱量大，約82.8KJ/mol（1170kJ/kg），而PAM水溶液的黏度又很大，所以散熱較困難。工業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)產(chǎn)品性能和劑型要求，可采用低質(zhì)量分?jǐn)?shù)（8%-12%），中質(zhì)量分?jǐn)?shù)（20%-30%）或高質(zhì)量分?jǐn)?shù)（＞40%）聚合。一般PAM膠體采用低質(zhì)量濃度AM水溶液在引發(fā)劑作用下直接聚合而得，PAM干粉則多用中質(zhì)量濃度或高質(zhì)量濃度AM溶液進(jìn)行聚合，聚合后得到的PAM膠體經(jīng)造粒、捏合、干燥、粉碎后制得產(chǎn)品，其中的聚合反應(yīng)是關(guān)鍵工序。
水溶液聚合法操作簡單、環(huán)境污染少、聚合物產(chǎn)量高且易獲得高相對分子質(zhì)量的聚合產(chǎn)物。目前，水溶液聚合的研究己經(jīng)比較深入，不僅合成出較高相對分子質(zhì)量的NPAM和CPAM，對AM與其他物質(zhì)共聚制備AP、AM及兩性離子型聚丙烯酰胺也有深入的研究。與本體聚合相比，溶液聚合的優(yōu)點是：有溶劑為傳熱介質(zhì)，聚合溫度容易控制；體系中的聚合物濃度較低，容易消除自動加速現(xiàn)象；聚合物分子量較均一；不易進(jìn)行鏈自由基大分子轉(zhuǎn)移而生成支化或交聯(lián)的產(chǎn)物；反應(yīng)后物料也可以直接使用。但該法也存在一些缺點，聚合溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)低（10%左右，基于總質(zhì)量），在制成干粉過程中，高溫烘干和剪切作用又容易使高分子鏈降解和交聯(lián)，使粉劑產(chǎn)品的溶解性、絮凝性等性能變差。
2、反相乳液聚合
反相乳液聚合是將單體的水溶液按一定比例加入到油相中，借助于油包水型乳化劑分散在油介質(zhì)中，在引發(fā)劑作用下進(jìn)行乳液聚合，所得產(chǎn)物是穩(wěn)定的被水溶脹的聚合物微粒（100-1000nm）在油中的膠體分散體，即W/O型膠乳，經(jīng)共沸蒸餾脫水后得到粉狀PAM。反相乳液聚合體系包括：水溶性AM單體、水溶性陽離子或陰離子功能單體、引發(fā)劑、W/O型乳化劑、水相、連續(xù)相和助劑等。
由于聚合反應(yīng)是在分散于油相中的AM微粒中進(jìn)行，在聚合過程中放出的熱量散發(fā)均勻，反應(yīng)體系平穩(wěn)，易控制，聚合速率高，產(chǎn)物相對分子質(zhì)量高等特點，在PAM生產(chǎn)中的地位正逐年增加。反相乳液聚合生產(chǎn)的PAM膠乳與水溶液聚合法生產(chǎn)的水溶膠產(chǎn)品和干粉產(chǎn)品相比較，膠乳的溶解速度快，相對分子質(zhì)量高且分布窄，殘余單體少，聚合反應(yīng)過程黏度小，聚合速率大，易散熱也易控制，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。但該法需大量有機(jī)溶劑，生產(chǎn)成本稍高，技術(shù)較復(fù)雜。
3、反相微乳液聚合
反相乳液聚合雖然有其優(yōu)點，但仍存在產(chǎn)物的平均相對分子質(zhì)量較低，乳膠的粒徑分布寬且容易凝聚等不足，于是人們從常規(guī)反相乳液聚合轉(zhuǎn)向了反相微乳液聚合。微乳液是由油、水、乳化劑和助乳化劑組成的各相同性、熱力學(xué)上穩(wěn)定的、透明或半透明膠體分散體系，其分散相尺寸為納米級。與反相乳液聚合相比，反相微乳液聚合制備的乳液更穩(wěn)定，膠乳粒徑分布更均勻，具有產(chǎn)物相對分子質(zhì)量高明性好、乳膠束粒徑小、粒徑分布窄、反應(yīng)速率快等優(yōu)點。反相微乳液聚合體系主要由單體水溶液、油相、乳化劑、引發(fā)劑四種基本組分組成，通過聚合得到油包水的聚物微粒。反相微乳液聚合法特別受到海上采油的重視，這是AM共聚物合成的一個方向。但其工業(yè)化生產(chǎn)受到限制，因為聚合時所需表面活性劑與單體之比高，以致于成本太高。
4、懸浮聚合法
懸浮聚合通常是采用強(qiáng)烈的攪拌將單體或單體混合物分散在介質(zhì)中（有機(jī)溶劑），成為細(xì)小的微粒再進(jìn)行聚合。聚合體主要由單體、引發(fā)劑、有機(jī)溶劑和分散穩(wěn)定劑四部分組成。懸浮聚合工藝簡單，聚合熱易于排除，操作控制方便，聚合物易于分離、洗滌、干燥，產(chǎn)品也較純凈、均勻、穩(wěn)定，且可直接用于加工成型。但是由于懸浮聚合中，大量的有機(jī)溶劑被使用，生產(chǎn)操作不太可靠，有機(jī)溶劑的回收作業(yè)是懸浮聚合中的一個難題，而且聚合成本高，所以懸浮聚合在國內(nèi)也沒有被廣泛采用。
5、沉淀聚合法
在AM水溶液中加入有機(jī)溶劑，AM可進(jìn)行沉淀聚合，在該聚合反應(yīng)過程中，PAM一旦生成就沉淀析出，使反應(yīng)體系出現(xiàn)兩相，故叫沉淀聚合。沉淀聚合得到的聚合物相對分子質(zhì)量較低，因為在聚合過程中使用的有機(jī)溶劑，對AM的聚合是很活潑的鏈轉(zhuǎn)移劑，此外，當(dāng)聚合物的分子鏈增長到一定長度后便沉淀出來， 因而限制了分子鏈的進(jìn)一步增長， 但沉淀聚合生產(chǎn)的PAM分子質(zhì)量分布窄，殘余單體少，沉淀聚合體系黏度小，聚合熱易散發(fā)，聚合物分離和干燥都比較容易。
6、輻射聚合法
輻射聚合法屬于本體聚合的一種，是指聚合體系只有單體和引發(fā)劑，而不加其他溶劑或稀釋劑的聚合反應(yīng)方法。AM水溶液在輻射作用下進(jìn)行聚合，在30%丙烯酰胺的水溶液中，加入乙二胺四乙酸二鈉等添加劑，脫除氧氣后用60Co源的γ射線輻射進(jìn)行引發(fā)聚合， 再經(jīng)造粒、干燥、粉碎即得PAM。輻射聚合的優(yōu)點是消耗能量低，反應(yīng)易控制，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品純度高，缺點是難以獲得高線型分子和高聚合率的產(chǎn)品，設(shè)備投資大，產(chǎn)品分子質(zhì)量分布很寬，以60Coγ-射線引發(fā)的AM水溶液輻射聚合已實現(xiàn)工業(yè)化，但規(guī)模很小，此法所得產(chǎn)品適用于沙漠改造。
7、泡沫聚合法
泡沫聚合法是利用氣體將聚合體系分隔成無數(shù)細(xì)小的泡沫，使聚合體系組分轉(zhuǎn)化為泡沫液膜和連接多個液膜的“多面邊界液胞”，反應(yīng)單體在形成的特殊分散相中進(jìn)行聚合的方法。用泡沫聚合法制成聚合物含水量低，大大降低了干燥等后處理工藝的難度，產(chǎn)生泡沫的方式主要是通過碳酸氫鹽或碳酸鹽的熱分解或與酸反應(yīng)放出CO2，使產(chǎn)物具有多孔結(jié)構(gòu)，加快產(chǎn)物吸水速率，避免了將產(chǎn)物磨成細(xì)粉以達(dá)到提高吸水率和吸水量的目的，但是該法不容易控制，會使產(chǎn)物交聯(lián)而失去性能。
我國PAM系列產(chǎn)品還需在以下幾個方面努力：
1）提高產(chǎn)品分子質(zhì)量、溶解性能以及耐溫抗鹽和抗剪切性能，研制新型、低毒的PAM，在聚合物分子主鏈或側(cè)鏈上引人不同的基團(tuán)改善其性能，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品系列化；
2）降低PAM產(chǎn)品中殘余單體含量，減少對生態(tài)的危害；
3）加大生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)上的投入，開發(fā)更先進(jìn)的連續(xù)化、自動化的聚合工藝，提高生產(chǎn)技術(shù)水平，在滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的前提下應(yīng)力求簡單、管理方便，運(yùn)行可靠，組成較佳工藝流程；
4）擴(kuò)大應(yīng)用，刺激生產(chǎn)。今后除了繼續(xù)擴(kuò)大PAM在石油開采、水處理及造紙工業(yè)上的應(yīng)用外，還要大力開發(fā)PAM在制糖、感光材料、吸水性樹脂、電鍍、食品、船舶、陶瓷、礦冶等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
