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(shí)含有少量的水。干時(shí)又會(huì)很快從環(huán)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(jié)晶固體，但是當(dāng)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(jiān)硬、易碎的固體。固體聚丙烯酰胺的物理性質(zhì)見(jiàn)表2-9。

由于PAM分子鏈上含有酰胺基，有些還有離子基團(tuán)，故其顯著特點(diǎn)是親水性高，比其他大多數(shù)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(shí)具有強(qiáng)烈的水分保留性，在干燥后又具有強(qiáng)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(dāng)濃度高于70%時(shí)更認(rèn)為是水溶性聚合物。相對(duì)分子質(zhì)量似乎不影響水的溶解性，但是高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物在濃度超過(guò)10%時(shí)會(huì)形成凝膠狀結(jié)構(gòu)。這是由于分子間形成氫鍵。PAM不溶于大多數(shù)有機(jī)溶液，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烴和芳香烴。有少數(shù)極性有機(jī)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(jī)溶劑的溶解性有限，往往需要加熱，否則無(wú)多大應(yīng)用價(jià)值。此外可溶于甲酰胺、肼、乙二醇、嗎琳等溶劑中。由于工業(yè)上以水溶液形式進(jìn)行應(yīng)用，所以聚丙烯酰胺水溶液性質(zhì)十分重要。

在非常稀薄的水溶液中，聚丙烯酰胺分子以獨(dú)立的未纏結(jié)的線團(tuán)形式存在，當(dāng)濃度稍高(達(dá)6*10^-4g/cm3)，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到1*10^6時(shí)，分子線團(tuán)會(huì)發(fā)生相互滲透現(xiàn)象。當(dāng)濃度較高時(shí)，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(shí)，由于大分子的相互機(jī)械纏繞或由于氫鍵的存在，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在高濃度情況下，溶液中含有若干鏈段接觸的點(diǎn)而形成凝膠。高相對(duì)分子質(zhì)量的稀溶液內(nèi)有時(shí)形成纖維狀聚集體。聚集體隨相對(duì)分子質(zhì)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(guò)用甲醇或丙酮從水溶液沉析出來(lái)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(zhì)。

水是PAM的最好溶劑。實(shí)際生產(chǎn)中很重視PAM的水溶性，它與產(chǎn)品型式、分子結(jié)構(gòu)、溶解方法、攪拌、溫度及pH值等有關(guān)。粉狀產(chǎn)品型式若能防止結(jié)團(tuán)，則比膠體產(chǎn)品易溶。膠乳產(chǎn)品溶解性最好。提高溶解溫度能促進(jìn)溶解，但一般不宜超過(guò)50℃，以防止降解及產(chǎn)生其他反應(yīng)。粉粒產(chǎn)品在制造時(shí)適量添加一些無(wú)機(jī)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(jié)團(tuán)，有助溶解。

聚丙烯酰胺均聚物溶液的黏度與pH值無(wú)關(guān)。部分水解的水溶液則在中性范圍內(nèi)出現(xiàn)最大值。溶液中加入鹽類，均聚物不會(huì)產(chǎn)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(dá)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(chǎn)生沉淀。測(cè)定聚丙烯酰胺溶液性質(zhì)時(shí)，加入少量無(wú)機(jī)鹽，可防止其離子基團(tuán)產(chǎn)生聚電解質(zhì)效應(yīng)。

當(dāng)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量大于150*10^4，其水溶液濃度為0.001%-5%范圍時(shí)，溶液的黏度隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)而降低(稱為老化)，即溶液黏度不穩(wěn)定。調(diào)整其pH值或加人氫醌、NaNO2、Na2SO3都不能提高溶液的穩(wěn)定性，但加入2%異丙醇可使溶液黏度穩(wěn)定，不發(fā)生變化。黏度不穩(wěn)定的原因不是由于相對(duì)分子質(zhì)最降低，而是由于在水分子氫鍵的作用下，大分子的溶液結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所致。用過(guò)硫酸鹽引發(fā)合成的聚丙烯酰胺，其水溶液黏度老化現(xiàn)象嚴(yán)重。

聚丙烯酰胺水溶液在很低的剪切速率作用下黏度不發(fā)生變化，但剪切速率增高后黏度將明顯下降，即變稀薄。當(dāng)溫度一定時(shí)，隨相對(duì)分子質(zhì)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(yīng)力作用時(shí)，會(huì)發(fā)生大分子鏈降解和黏度降低，特別是超高相對(duì)分子質(zhì)最聚丙烯酰胺高速攪拌時(shí)即可發(fā)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(guò)程中，同樣會(huì)發(fā)生降解反應(yīng)。降解過(guò)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(jīng)放置老化后，黏度可能升高或降低，而相對(duì)分子質(zhì)量未發(fā)生變化。其原因可能是由于酰胺基團(tuán)水解，羧基含量增高的緣故。若存在陽(yáng)離子基其影響更為明縣。酰胺基團(tuán)脫除NH3則生成酰亞胺基團(tuán)而使分子鏈的剛性增加甚至不溶于水。

PAM與其他聚電解質(zhì)相比，具有較高的熱穩(wěn)定性。但干燥加熱到100℃以上高溫時(shí)由于形成亞胺常引起交聯(lián)。高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱，則會(huì)引起高分子降解。在無(wú)氧情況下加熱聚合物到210℃時(shí)，因脫水而輕微失重。繼續(xù)加熱，到210-300℃時(shí)引起酰胺基分解生成氨和水。335℃時(shí)開(kāi)始進(jìn)入二級(jí)分解區(qū)，約370℃時(shí)分解速率達(dá)到最大值。產(chǎn)生二級(jí)分解區(qū)是由于聚合物主鏈及酰胺分解，生成腈。溫度升至500℃時(shí)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(chǎn)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(chǎn)品。水溶液聚合，熱風(fēng)干燥后粉碎得到的是粉狀產(chǎn)品；水溶液聚合，不經(jīng)過(guò)干燥而得到的是膠體產(chǎn)品；分散相乳液聚合得到的是固含量30%-50%的膠乳產(chǎn)品。

聚丙烯酰胺的溶解性

聚丙烯酰胺易溶于冷水，相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其不溶性的影響不太明顯，但高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺在濃度超過(guò)10%以后，就會(huì)形成凝膠狀的結(jié)構(gòu)。提高溫度可以稍微促進(jìn)溶解，但溶解溫度不要超過(guò)50℃，以防發(fā)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(huì)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(chǎn)品，pH值偏堿性，其溶解速率會(huì)稍稍增高。pH值大于10.5時(shí)，聚丙烯酰胺就會(huì)發(fā)生水解。未水解的聚丙烯酰胺的稀溶液不受大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽的影響，但高價(jià)鹽會(huì)析出水解度為45%的聚丙烯酰胺，因?yàn)楦邇r(jià)的金屬鹽與羧基形成不溶于水的鹽。

聚丙烯酰胺在有機(jī)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(huán)氧乙烷加成物，對(duì)它具有有效的溶劑化作用，相當(dāng)于聚合物的增塑劑。它不溶于大多數(shù)非極性有機(jī)溶劑，也不溶于丙酮和甲醇。

可以通過(guò)在甲醇或丙酮中沉淀的辦法來(lái)提純聚丙烯酰胺。用含20%-30%水的甲醇或丙酮對(duì)聚丙烯酰胺進(jìn)行洗滌也可以去除雜質(zhì)。

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(duì)分子質(zhì)量的影響。聚丙烯酰胺溶液的黏度和濃度近似于對(duì)數(shù)關(guān)系，見(jiàn)圖2-5。

高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺濃度超過(guò)10%時(shí)就很難處理。升高溫度則降低黏度，但并不顯著，見(jiàn)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(dāng)pH值在10以上時(shí)，聚丙烯酰胺由于水解，黏度很快升高。這時(shí)，pH值的影響才顯現(xiàn)出來(lái)，見(jiàn)圖2-7。

純聚丙烯酰胺易水解。在水溶液中，當(dāng)pH值由酸性轉(zhuǎn)到堿性范圍時(shí)，非離子酰胺基轉(zhuǎn)為陰離子羥基，羥基因帶負(fù)電荷而產(chǎn)生斥力，導(dǎo)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(xiàn)象只有在溶液存放一段時(shí)間后才會(huì)顯示出來(lái)，在溶液配制后3h左右測(cè)定黏度就看不到這種現(xiàn)象，見(jiàn)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(duì)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(zhuǎn)速增加，即剪切速率增大，黏度降低。這種現(xiàn)象可以用高分子鏈的纏結(jié)概念來(lái)解釋。當(dāng)剪切速率增大時(shí)，纏結(jié)被部分破壞，纏結(jié)點(diǎn)的數(shù)目因此有所降低，因而導(dǎo)致黏度下降，見(jiàn)圖2-9。纏結(jié)概念還可以解釋下面的現(xiàn)象：聚丙烯酰胺各種不同濃度的溶液黏度隨相對(duì)分子質(zhì)量增大曲線都有一個(gè)拐點(diǎn)，見(jiàn)圖2-10。這個(gè)拐點(diǎn)表示在相對(duì)分子質(zhì)量增大到某一數(shù)值后，黏度就急劇增大。這個(gè)數(shù)值就是大分子鏈開(kāi)始產(chǎn)生纏結(jié)時(shí)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量。由于纏結(jié)，高分子鏈相互運(yùn)動(dòng)受到了空間阻礙，這就使黏度發(fā)生突變。據(jù)報(bào)道，這個(gè)突變的相對(duì)分子質(zhì)量為44*10^4。

因?yàn)榫酆衔锏南鄬?duì)分子質(zhì)量常采用測(cè)定其溶液黏度的方法確定，因此對(duì)上述因素的影響應(yīng)予以注意。同時(shí)，在利用聚丙烯酰胺溶液黏度的場(chǎng)合，也不應(yīng)忽視該現(xiàn)象。

聚丙烯酰胺對(duì)鹽類等的容忍度

聚丙烯酰胺溶液對(duì)電解質(zhì)有很好的容忍性。如對(duì)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(dāng)聚丙烯酰胺溶液儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)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(zhǎng)，這就使它能在兩個(gè)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(shí)，聚合物的陰離子點(diǎn)吸附在氧化鋁上的陽(yáng)離子點(diǎn)上，黏度就迅速地增加或凝膠化，見(jiàn)圖2-11。這同一般絮凝的機(jī)理類似，即一個(gè)分子能同時(shí)吸附幾個(gè)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(guò)多，使粒子上的吸附點(diǎn)被迅速占領(lǐng)，減少了架橋的可能性，絮凝效率反而降低。

降低流體的動(dòng)力學(xué)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(guò)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(yè)中經(jīng)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(dòng)速率是很有意義的實(shí)用技術(shù)。使用高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺就可以減少疏浚物的管流限力。當(dāng)添加100mg/L SeparanAP273(美國(guó)道氏化學(xué)公司)的聚丙烯酰胺時(shí)，減阻可達(dá)70%。捷克的Dv，VACLAY，KOLAR在試驗(yàn)室中對(duì)高嶺土、云母懸浮液在管道中的減阻效應(yīng)作了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺用量起著重要的作用，見(jiàn)圖2-14、圖2-15(圖中λ為摩阻系數(shù))。λ=8τοο/pV2

所以λ=2A△P/pV2L

式中：τοο–壁面的剪切應(yīng)力，Pa；p–液體密度，kg/m3；L–試驗(yàn)段長(zhǎng)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(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

對(duì)聚丙烯酰胺溶液的理論研究是很活躍的。從應(yīng)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(duì)分子質(zhì)量側(cè)定，即黏度法測(cè)定聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量。從圖2-16可知，就常用的重均相對(duì)分子質(zhì)量來(lái)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(cè)定的，這表明溶液可能部分水解。沒(méi)有水解的聚丙烯酰胺溶液的黏度同pH=3時(shí)黏度為7*10^-3Pa·s增加到pH=7時(shí)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(guò)加入溶解鹽而恢復(fù)；但即使加入4%NaCl，有時(shí)也不能完全恢復(fù)非離子的黏度。

一般在0.1%-2%的濃度范圍內(nèi)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(duì)數(shù)關(guān)系。

在奧氏和烏氏黏度之間沒(méi)有什么關(guān)系式。測(cè)量始終用同一種方法。測(cè)量相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，一般需要NaNO3或在pH=3 下測(cè)量，這樣可以抑制氟斯(Fuoss)效應(yīng)。相對(duì)分子質(zhì)量越高，對(duì)切變就越敏感。100*10^4以上相對(duì)分子質(zhì)量級(jí)別的聚合物在快帶攪拌和震動(dòng)時(shí)，就會(huì)以一定速率降解。可以發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)一根毛細(xì)管黏度計(jì)后黏度就下降了。

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