在钻井泥浆中加入聚丙烯酸钠可提高泥浆的润滑性和稳定性,降低钻井液向地层中滤失水量,防止因滤失水进入岩层孔隙中形成水锁而污染油层;可在渗透性地层的壁上形成泥饼,防止井壁坍塌,保证井身安全,有效地防止卡钻和解卡钻,提高钻井效率。聚丙烯酸钠水溶液不仅具有增稠、携砂、降低压裂液流失的作用,而且还有缓阻作用,能使压力的传递损失下降。可以将丙烯酸钠配成0.52%的水溶液,作为油井压裂剂,压入井下底层,使地层断裂。 1.3.4高效减水剂
低分子量聚丙烯酸钠具有较好的减水效果,因为聚丙烯酸钠的静电位阻稳定机制,其电离出来的钠离子吸附在黏土胶粒上,起静电稳定作用,和无机电解质一样也起到增厚扩散层,能置换出钙、镁离子,加大8电位,使胶团斥力增加等。
高分子本身的骨架结构阻碍相邻粒子通过布朗运动靠近,减弱粒子间的吸引,从而达到分散和提高泥浆流动性、稳定性的作用。聚丙烯酸钠能改善水泥在水中的分散性能。水泥中加入聚丙烯酸钠后,由于水泥颗粒间的分子引力作用,而产生许多絮状物,形成絮凝结构;在这种结构包裹了很多搅拌水,亲水基端指向水溶液,于是水泥颗粒表面均带上相同的电荷,加大了水泥颗粒间的静电斥力,导致水泥颗粒相互分散,从而减少水泥混合时所需的水量,提高所制混凝土的强度。
在陶瓷工业中,聚丙烯酸钠可起到立体稳定作用,而本身带的电荷可起到静电稳定作用,可以降低浆料的黏度,防止颗粒团聚,是一
种较好的陶瓷浆料减水剂,同时对坯体的干燥强度还具有一定的增强效果。因此聚丙烯酸钠可配入泥浆、混凝土浆、石膏浆等之中作为添加助剂。浇铸成型的陶瓷在脱模时损伤率很大,若在泥浆中配入少量聚丙烯酸钠,毛坯强度提高,脱模容易,毛坯的成品率和质量均大大提高。卢维奇等合成的相对分子质量为1500的聚丙烯酸钠,可作为一种高效的陶瓷助磨减水剂和增强剂,能使泥浆的黏度降低N180 MPa·8,使泥浆的200目筛筛余物质量分数降低No.4%,使坯体干燥强度增强率提高到280%。 1.3.5颜料分散剂
聚丙烯酸钠是良好的颜料分散剂。在橡胶行业中,将颜料分散在聚酰胺中,用聚丙烯酸钠作分散剂,加热此混合物,可制得模压件。路建美等人通过控制引发剂用量合成了特低分子量(500--700)的聚丙烯酸钠,可用作丁苯胶乳和颜料的分散剂。齐鲁石化公司橡胶厂和荷兰公司化工研究院等单位一致认为加入该分散剂能提高机械稳定性,具有良好的耐热性,分散均匀性强,光泽性好,并使产品达到渗透性强等效果。特别是在丁苯胶乳中作分散剂,效果远比DC分散剂好。
在造纸行业删中聚丙烯酸钠能降低高浓度涂料的黏度,使之具有良好的流变性,用于抄纸工艺,使料浆流速均匀,纸张均匀度好;能改善颜料的涂布性能;还能提高涂布纸的耐水性和表面光泽,耐晒不泛黄。孙晓日以氧化还原催化剂在较低温度下直接合成了低分子量聚丙烯酸钠,经造纸厂实际应用试验证明,该分散剂可单独或与无机磷酸盐分散剂复配使用,对高岭土、硫酸钡、碳酸钙及其混合体均有良
好的分散效果。铜版纸的涂饰剂里含有大量的白土、碳酸钙、钛白粉等无机颜料(填料),随铜版纸生产的发展,为了使颜料(填料)颗粒均匀地分散在水相中,不会凝聚结块,对分散剂的需求越来越大。可以加入聚丙烯酸钠作为分散剂,在配制浆料中对填料、颜料具有良好的分散作用,一般用量为浆料的2%--3%左右,目前已广泛应用,并取得了良好的效果。 1.3.6食品添加剂
聚丙烯酸钠是美国FDA、日本厚生省等批准使用的食品添加剌471,从20世纪60年代就开始应用,用于多种食品的增稠、增筋和保鲜等。2000年中国卫生部也正式批准为食品添加剂。在食品加工领域,聚丙烯酸钠具有增稠、乳化、赋形、膨化、稳定等多种功能,其黏度约为CMC、海藻酸钠的15.20倍,可代替CMC、明胶、琼脂、海藻酸钠的作用,降低生产成本,提高食品等级,改善口感,延长保质期。
聚丙烯酸钠可以在原料面粉的蛋白质分子之间架桥形成网状结构,增强原料面粉中的蛋白质粘结力,增强食品的粘弹性,改善组织,使淀粉粒子相互结合,分散渗透至蛋白质的网状结构中,形成质地致密、表面光滑且具有光泽的面团;形成稳定的面团胶体,防止可溶性淀粉渗出;保水性强,使水分均匀保持于面团中,防止干燥;提高面团的延展性,使原料中的油脂成分稳定地分散至面团中。应用于制造方便面、面条类等专用面粉时,具有增强原料面粉中的蛋白质粘结力,防止可溶性淀粉和营养成分渗出,提高面团的延展性和原材料利用率,改善口感;抑制面包等食品因自然干燥引起的老化现象;在方便
面等油炸食品加工中,使原料中的油脂万分稳定地分散至面团中,降低吸油率,节约用油,用量约为0.05%,-4).12%;在冷饮行业作为复配乳化稳定剂配料组份,可代替部分CMC、黄原胶、明胶等,起到增强效果、降低成本的作用。 1.3.7农药造粒展开剂
农药中有效成分以无机矿粉作载体,用聚丙烯酸钠水溶液作展开剂,能制得润湿的悬浊颗粒状农药。 1.3.8其他应用
武成利等采用水溶液聚合法,以过硫酸铵为引发剂、异丙醇为链转移剂,合成出分子量在1000---2000聚丙烯酸钠。该聚丙烯酸钠作为水煤浆分散剂,能改善煤粉在水中的分散能力,提高水煤浆浓度,降低水煤浆黏度。汪建新等合成了低分子量在4000-5000的聚丙烯酸钠用于制造树脂砂,可使该树脂砂具有室温固化具有良好的流动性,型芯尺寸稳定、精确,溃散性好,固化速度快且均匀,可应用于铸钢的生产中。李群等利用低聚丙烯酸钠对纳米氧化锌进行表面改性,并利用透射电镜技术观察了水分散体系的形貌为单包敷结构的珠链状,证实纳米氧化锌水分散性体系的稳定性比其它分散剂分散效果好的多。
此外,在复合材料领域中,低分子量聚丙烯酸钠也可用于分散中号玻璃纤维,可将玻璃纤维从束状转化为单丝状,以达到材料成型的要求;在化妆品制造业中聚丙烯酸钠在化妆品中起增稠、分散、悬浮、稳定等作用,有利于化妆品的增稠、发泡、稳定、乳化、分散、黏合、
成膜和保水等性能的发挥:在烟草制造业中聚丙烯酸钠能起到制作烟草薄片的粘结作用,对降低烟草成本有一定效果;另外,还可以用作卷烟纸的黏结剂;还可在金属材料中用作新型的淬火剂;在氯化铵等无机盐中作防结块剂;在采矿中作矿物浮选剂等。 1.4聚丙烯酸钠的阻垢作用 1.4.1污垢的形成
长期以来,对水垢的形成与预防进行了大量的研究。对水垢的化学组成分析表明,水垢主要是由难溶性盐组成,其中又以难溶的钙盐为主,而碳酸钙是水垢中存在最广泛的难溶性钙盐。磷酸根在自然水体中的含量虽然很低,但近几十年来,随着含磷化学品的广泛使用,水体中磷含量显著增加,磷酸钙垢已成为一种不可忽视的水垢。此外,能形成垢的难溶盐还有硫酸钙、硫酸钡等,但在大多数的工业循环冷却水系统,后两类水垢较少。碳酸钙的存在形式可以是无定型碳酸钙、六水合碳酸钙、一水合碳酸钙、六方碳酸钙石、文石和方解石,后三种晶型属于同质异相。方解石属三方晶系,是热力学最稳定的碳酸钙型,也是各种碳酸钙晶型在溶液中转变的终态产物。磷酸钙的种类和晶型比碳酸钙复杂得多,钙可以与PO43-、HP042-和H2PO4-形成不同类型的盐类,构成一个十分复杂的钙的磷酸盐系列。磷酸钙包括无定型磷酸钙、二水合磷酸氢钙、磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸八钙、羟基磷灰石等。羟基磷灰石是最稳定的钙的磷酸盐,属六方晶系,也是各种形态的钙的磷酸盐转变的最终产物。
对碳酸钙形成过程的研究较为深入。结晶学理论指出,碳酸钙晶