超高分子量聚丙烯酰胺的合成
一、研究的目的和主要内容
1、系统研究影响聚丙烯酰胺分子量的各种丙烯酰胺水溶液聚合 的反应因素。
2、选择合适的引发体系，制备超高分子量的聚丙烯酰胺，获得 水溶性好，分子量高的聚合物。
3、通过正交实验，对配方进行优化，小试合成分子量大于2500
万，超高分子量的部分水解聚丙烯酸胺，确定丙 烯酰胺水溶液聚合的最佳工艺条件.
4、对影响聚丙烯酰胺的水解条件进行研究，分析各种影响因素， 确定合适的水解工艺条件。 二、实验仪器及药品
1、实验仪器
1000m1杜瓦瓶、三孔胶塞、温度计、恒温水浴、乳胶管、移液 管、吸耳球、分析天平、普通天平、玻璃棒、氮气、通氮装置。
2、实验药品
甲酸钠、EDTA-2Na，均为分析纯;过硫酸钾、亚硫酸氢钠、AIBN. 分析纯;Span，化学纯。去离子水;丙烯酰胺 (工业品)。 三、实验步骤
I、称取一定量的单体丙烯酰胺，加入适量的去离子水，保持一 定的单体浓度，加入杜瓦瓶中。
2、将一定浓度的甲酸钠、EDTA-2Na加入杜瓦瓶中。 3、杜瓦瓶放入恒温水浴中，通氮气除氧 30分钟后，加入一定 量的引发剂，继续通氮气 5分钟，密封杜瓦瓶:过一段时间后，记 录温度的变化。
4.聚合3小时后，将胶块取出，水浴升至85摄氏度，水解4小时，
超高分子量聚丙烯酰胺的合成
取出胶块，造粒、烘干，粉碎过筛，得聚合物样品。 四、丙烯酰胺聚合条件研究
丙烯酰胺单体在水溶液聚合时，聚合物分子量的大小与引发体 系、引发剂浓度、引发温度、介质的pH值、单体浓度及质量等有关。 通过调节上述各种因素可以合成出超高分子量的聚丙烯酞胺。
主要从引发体系、聚合温度、添加剂等几方面因素进行超 高分子量聚丙烯酰胺的合成研究。 4.1引发温度对分子量的影响
由于AM聚合反应是一强放热反应，1000KgAM聚合约放出 1162Kcal的热量即每增加 1%浓度的AM，聚合温度升高约3摄氏度。以 大庆生产装置聚合方法中AM浓度为25%计算，放出的聚合热可使 体系温度升高70℃左右，这是影响PAM分子量一个重要因素。
设置温度梯度试验 0 5 10 15 20 25 30 实验测定初始温度对分子量的影响 初始温度 固含量 温度 分子量 过滤因子 不容物 4.2单体浓度对分子量的影响
分子量与浓度的关系曲线上存在着以极大值，在介于2.4~3.3mo/L的浓度范围内分子量较高。在很多自由基聚合反应中都发现了这一现象，这就是 反应 。但是随着AM浓度的过度升高，一方面放出的聚合热使体系温度升过快、过高，降低聚合物分子量：另一方面是链转移反应机率迅速增加，聚丙烯酰胺分子结构支化严重，导致聚合物水溶性变差，出现大量不容物，以致分子量下降。
在确定丙烯酰胺单体浓度时 还有一项很重要的原则，要求聚丙烯酰胺的较快有的一定的硬度，生产出的聚丙烯酰胺块在工业上要便于处理，以便进一步制成聚丙烯酰胺干粉。因此，从降低聚丙烯酰胺胶粒的干燥负荷、减小消耗、提高装置生产能力的
超高分子量聚丙烯酰胺的合成
角度出发，期望提高聚合反应的单体浓度。根据单体浓度对分子量影响和工业生产的要求，可确定合适的聚丙烯酰胺单体的聚合浓度。 4.3链转移剂对分子量的影响
在研究自由基聚合时，特别是合成线型高分子，链转移剂一种 必不可少，它能及时终止反应，以防止大分子基团支链化或形成空间网状结构，而减少其用量，可延长链增长时间，提高分子量。
原聚合配方中链转移剂甲酸钠虽能保证PAM的线型结构，但对 分子量影响较大，不利于生产高分子量PAM. 4.4介质PH值对分子量的影响
pH值对聚合物的分子量有重要的影响。pH值较低时，聚合物的分子量很低，甚至聚合速度很慢，当pH值在9左右时，聚合物的分子量达 到最大值，之后分子量继续下降，因此，在聚合时应当使聚合反应 介质的pH值调节在9左右，以保证能获得高分子量的聚合物。
在丙烯酞胺聚合时，介质PH值增高，反应速度加快，导致分子量降低。我们通过降低介质PH值来提 高分子量，结果反应速度迅速降低。
介质 PH值 固含量 黏度 分子量 过滤因子 水解度 筛网系数 不容物 不同PH值所得聚合产品分析结果
4.5单体杂质对分子量的影响
在单体的生产中，或多或少地引入了一些金属离子和有机类杂质。金属离子在AM聚合中起阻聚作用，影响了单体的活性，而有机杂质在聚合中参与反应，有的起链转移作用，有的起支化作用，这些杂质均不利于高分子量PAM的生产 。 五、丙烯酞胺精制机理的研究
超高分子量聚丙烯酰胺的合成
由于化学法丙烯酞胺生产工艺复杂 产品引入的杂质较多，特别是内烯睛水合时有许多副反应发生，使单体中有机杂质偏高，这大大影响了单体的活性，不利于高分子量PAM的生产。通过对活性炭、离子交换树脂等精制技术的研究，优选工艺路线，以降低单体杂质含量。
1、活性炭的精制
活性炭是一种吸附、过滤能力很强的吸附剂，通过活性炭过滤， 不但可以过滤
溶液中的悬浮物和大颗粒杂质，而且对有机和无机杂质有很强的吸附作用
采用活性炭对丙烯酞胺单体溶液的精制方法为:将一定粒度的活性炭填加到长颈
漏斗中，然后用1%稀HC1和蒸馏水清洗，除去活性炭中的微颗粒后，即可对丙烯酞胺单体进行精制。如果流速较慢，长颈漏斗下可加抽滤瓶。精制后，应用蒸馏水洗涤活性炭，除去剩余的丙烯酞胺。
2、离子交换树脂精制机理
仅采用活性炭精制单体，各种杂质的清除率均不能达到或接近 100%，仍不能满足生产高分高分子量聚丙烯酞胺的需要，实践生产中，还需经过离子交换树脂的处理，对单体进行进一步的精制。
离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能解离的活性基团两部分组成的不融、不溶性高分子电解质，它能与单体溶液中带有同种电荷的离子或基团进行置换反应，这种反应是可逆的。实际应用中，可将丙烯酞胺单体溶液的电导控制在IOUs/cm以内，基本上 清除影响聚合的Cu\扩+金属离子和Cl-,Hsi03一等阴离子，但对 丙烯酞胺中不影响电导的有机杂质如 ECH,HPA,AN等仅有一定 的吸附作用，清除率较低。
单体精制过程如下:
由于离子交换树脂的工作交换容量是一定的，精制时单体溶液中的离子与树脂进行置换反应，使树脂的工作交换容量逐渐下降。 当精制装置运行一定阶段后，离子交换树脂的工作交换容量几乎耗尽，就必须进行再生处理，使树脂恢复交换能力。阳离子交换树脂用盐酸进行再生，阴离子交换树脂用氢氧化钠溶液再生，再生完毕后，用蒸馏水将树脂层中的废酸碱液淋洗干净。
树脂精制丙烯酞胺的实验方法是:将一定量的树脂填加到长颈漏斗 (长 15-20cm，长径比为4:1)中，填料量占总体积的75-80%，然后用酸 (阳离子树脂)、碱 (阴离子树脂)和蒸馏水清洗，使树脂达到最大交换容量，即可对丙烯酸胺单体进行精制。如果流速较慢，长颈漏斗下可加抽滤瓶。精制后，应用蒸馏水洗涤树脂层，除去剩余的丙烯酞胺。
超高分子量聚丙烯酰胺的合成
六、丙烯酰胺单体精制工艺的优化
由于化学法单体除含有阴阳离子外，还含有大量的无电荷有机杂质单独使用活性炭或阴阳树脂精制都无法获得满意的效果。只有合理运用精制手段，优化精制路线。才能有效地提高单体质量。
1 、 制定不同精制路线制路线 序号 精制1 精制2 精制3 精制4 精制5 2、精制后单体质量和聚合产品质量对比
对精制前单体和采用不同工艺精制的单体进行产品质量检验对比杂质含量的降低程度。
七、超高分子量聚丙烯酰胺的合成研究
丙烯酞胺单体在水溶液聚合时，聚合物分子量的大小与引发体系、引发剂浓度、引发温度、介质的pH值、单体浓度及质量等有关。通过调节上述各种因素可以合成出超高分子量的聚丙烯酞胺。 1实验仪器及药品
（1）．实验仪器
1000ml杜瓦瓶、三孔胶塞、温度计、恒温水浴、乳胶管、移液管、吸耳球、分析天平、普通天平、玻璃棒、氮气、通氮装置.
（2）．实验药品
氨水、尿素、EDTA-2Na，均为分析纯;过硫酸钾、亚硫酸氢钠、AIBN，分析纯;OP,Span.JFC，化学纯。去离子水;功能性单体 AI，分析纯;丙烯酞胺 (工业品)。 2实验步骤
1、称取一定量的单体丙烯酞胺，加入适量的去离子水，保持一定的单体浓度，加入杜瓦瓶中。
2、将一定浓度的氨水、尿素、乙二胺四乙酸二钠 (EDTA-2Na)加入杜瓦瓶中。 3、杜瓦瓶放入恒温水浴中，通氮气除氧 30分钟后，加入一定量的引发剂，继续通氮气 5分钟，密封杜瓦瓶;过一段时间后，记录温度的变化
丙烯酸胺单体精制路线