水溶性聚丙烯酸鈉的應用

聚丙烯酸鈉是近年來國內外廣泛研究開發的精細化工產品之一，其工業產品有白色(或淺黃色)塊狀或粉末產品；無色透明(或淺黃色)粘稠液體，易溶于水的產品。聚丙烯酸鈉的產品已廣泛應用于食品、飼料、紡織、造紙、水處理、石油化工、農林園藝、生理衛生等領域 目前研究的聚丙烯酸鈉合成路線主要有以下兩種：
　　1、丙烯酸聚合成聚丙烯酸再中和

1 水溶性聚丙烯酸鈉的應用
　　聚丙烯酸鈉的相對分子質量從幾百至幾千萬以上，不同相對分子質量的聚丙烯酸鈉可以用作各種目的和用途。超低相對分子質量(700以下)的用途還未完全開發出來；相對分子質量低(1000-5000)時，主要起分散作用；相對分子質量中等(104～106)顯示有增稠性；相對分子質量高(106～107)的聚丙烯酸鈉主要做增稠劑和絮凝劑；超高相對分子質量(107以上)的聚丙烯酸鈉不再溶于水，在水中溶脹，生成水凝膠，主要用作吸水劑。
　　1．1 分散劑
　　聚丙烯酸鈉為陰離子型聚合電解質，當其為低分子時，由于低聚物離子不能吸附懸浮粒子，而是被懸浮粒子所吸附，吸附了低聚物離子的顆粒表面形成雙電層，改變了電荷狀態，在靜電荷作用下，顆粒相互排斥，這樣避免了顆粒碰撞而長大沉積，并相應地將顆粒分散在溶液中。
　　隨著工業用水量的日益增多，占工業用水80％以上的冷卻水需要循環使用，這已成為節約水資源的重要措施。冷卻水的不斷循環，使水中礦物質不斷增加引起設備和管道的腐蝕和結垢。因此，需要在循環水中添加阻垢分散劑。原油在開采及運輸過程中，當流速較低時，原油中懸浮的大顆粒粘土在重力作用下不可避免地會沉降并附著堆積在管道的內壁，嚴重影響采油效率及原油的正常運輸。加入分散劑，可剝離分散粘土顆粒。在目前眾多的水處理劑中，聚丙烯酸鈉類的分散性能是最優良的。阻垢分散用的聚丙烯酸鈉的重均相對分子質量最好為2000～5000的范圍。
　　據國外文獻報道，目前分散效果較好的粘土分散劑分散效率(濃度為200X10-6)僅為75％左右。陳振江等人研究合成的聚丙烯酸鈉粘土分散劑(濃度為200X10-6)分散效率可高達93％，大大降低了使用成本。陳振興、李立通過丙烯酸單體的催化聚合反應，制得阻垢分散性能優良的低聚丙烯酸鈉，用于氧化鋁熟料溶出料漿中進行的沉降及動態阻垢試驗，證實低聚物的最佳添加量約為18．5mg／L，此時沉降速度急劇減少，動態阻垢率達47．3％。尹寶霖等人利用三種含有不同官能團的單體丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和烯丙基磺酸鈉(ASA)合成了一種新型的三元共聚物阻垢分散劑(AA-AM-SAS)，合成的三元共聚物對BaS04、Ca3(PO4)2有很強的阻垢性能。
　　1．2 增稠劑
　　增稠劑是用于提高水性涂料粘度和改善流變性的一種聚合物助劑。增稠機理是：利用聚合物結構中相當數量的羧基，在遇到堿發生中和反應時，形成羧酸根離子，聚合物表面產生的靜電排斥作用，使得共聚物分子主鏈不斷擴張和伸展，由球狀分子變成棒狀分子，體積隨之膨脹成百上千倍，從而占據了連續的相空間，提高了體系中分子運動的阻力，引起粘度的增加和流動狀態的改變。
　　Robert L采用過硫酸銨或過硫酸鉀作引發劑，在一定溫度下引發聚合丙烯酸鈉單體，當聚合度n達幾十萬以上時，其水溶液粘度很大，可以用作增稠劑。在涂料印花生產工藝中，用聚丙烯酸鈉作增稠劑可以很好地替代海藻酸鈉和天然淀粉。戚銀城、劉寶龍的研究表明對于丁苯或丙烯酸酯類乳膠只要加入極少量聚丙烯酸鈉就可以使體系的粘度增大。且隨著聚丙烯酸鈉用量的增多，粘度也相應增大。張軼東采用自由基水溶液聚合法合成了超高相對分子質量的丙烯酸(鈉)聚合物，將此聚合物直接用于蛋白質溶液或其它生物大分子提取液的濃縮，用該方法濃縮蛋白質具有效率高、濃縮劑用量少的優點，并且能夠更好地保持酶的活性。
　　1．3 絮凝劑
　　聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物，其分子鏈上的羧基由于靜電相斥作用，使得曲繞的聚合物鏈伸展，促成具有吸附性的功能團外露到表面上來，由于這些活性點吸附在溶液中懸浮粒子上，形成粒子間的架橋，從而加速了懸浮粒子的沉降。
　　聚丙烯酸鈉是20世紀70年代末作為絮凝劑開始應用于赤泥沉降分離，其對赤泥的沉降速度通常比用淀粉高10倍。山田、興一通過研究認為：聚丙烯酸鈉的絮凝效果受赤泥的種類影響較大，有些赤泥甚至不能與聚丙烯酸鈉形成絮凝物。在我國聚丙烯酸鈉中常用的絮凝劑品種是A-1000#。赤泥沉降過程中，為了降低絮凝劑與赤泥初聚體“架橋”時的空間效應，江新民將采用NaOH改性處理的A-1000#絮凝劑用于拜耳赤泥分離和燒結法赤泥分離，其效果分別是未處理的A-1000#絮凝劑的3倍和1．88倍。 在氯堿生產中，鹽水精制是一關鍵環節，它要求Ca2+、Mg2+含量低，沉淀速度快。因此，選用高效、速溶、便利的絮凝劑是關系到鹽水澄清效果，保證鹽水質量，降低鹽水生產成本的關鍵。文獻合成的聚丙烯酸鈉是有效的鹽水精制絮凝劑。黃民生、朱莉采用聚丙烯酸鈉作為主要絮凝劑預處理味精濃廢水，取得了十分好的效果。預處理過程對COD、SS、SO42-的去除率分別達到69％、91％和41％。
　　1．4 洗滌助劑
　　在洗滌劑行業，磷酸鹽、硅酸鹽與碳酸鹽一直是重要的助洗劑，特別是三聚磷酸鈉(STPP)，其顯著特點在于能與水中的Ca2+、Mg2+生成可溶性整合物，從而起到軟化硬水的作用，并且有分散、乳化、增溶污垢的能力。但隨著某些地區水體富磷，導致赤化的現象出現，無磷洗滌劑的呼聲越來越高，從而掀起了代磷助劑開發與應用高潮。
　　國外于20世紀80年代開始研制新的助洗劑——聚丙烯酸鈉。聚丙烯酸鈉雖然對Ca2+、Mg2+的螯合能力弱，但它具有良好的分散污垢和防止污垢在織物上的再沉積能力以及優于STPP的抗酸能力等優點，被大量應用于低磷及無磷洗衣粉中。聚丙烯酸鈉相對分子質量的分布是影響助洗性能的決定因素，作為洗滌助劑的聚合物其相對分子質量分布 平均為5萬～8萬。凌愛蓮[21]初步考查了聚丙烯酸鈉對十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基醇硫酸鈉等陰離子表面活性劑的助洗作用，試驗證實聚丙烯酸鈉的去污力可達到或超過單獨使用三聚磷酸鈉時的數值，是一種能夠部分或完全取代三聚磷酸鈉的聚合物洗滌劑。
　　為了改善丙烯酸均聚物對Ca2+、Mg2+螯合能力弱的缺點，人們開始研究在其分子鏈上共聚一些其它功能單體。目前采用較多的是馬來酸和丙烯酸的共聚物，聚合物分子中含有更多的-COO-Na+，其水溶性及螯合金屬離子的能力顯著增強。丙烯酸-馬來酸酐共聚物具有很好的整合性能和分散性能，應用在洗滌劑中能緩沖pH值，丙烯酸的含量越高，產物的螯合力越低，分散力越高；馬來酸酐的含量越高，產物的整合力就越高。按1：4的比例與4A沸石復配取代三聚磷酸鈉制得無磷洗衣粉，其去污指數超過標準粉。
　　2 結束語
　　近些年來，國內研究者對聚丙烯酸鈉的化學、物理性質、反應機理、優化生產等做了大量的工作，但國內聚丙烯酸鈉的實際應用還遠不及國外，尤其是超低相對分子質量(700以下)的產品的應用還未完全開發。因此，可以根據市場需要生產出不同相對分子質量、具有多種用途的系列產品，滿足各行各業的需求，其發展前景和經濟效益十分樂觀。
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