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低分子量聚丙烯酸（鈉）深入解析

2016/5/20

 聚丙烯酸（鈉）概述

      聚丙烯酸(鈉) PAA（S）是一類(lèi)高分子電解質(zhì)，又具有良好的螯合性能，它是由過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，在水溶液中將丙烯酸單體聚合而成。作為阻垢劑使用時(shí)反子量在10000以下較好。聚丙烯酸用途廣泛，可用于食品、飼料、紡織、造紙、水處理、涂料、石油化工、冶金等。聚丙烯酸（鈉）PAA(S)的用途與其分子量有很大關(guān)系，一般來(lái)說(shuō) ，低分子量 (一般在一萬(wàn)以下，以500～5000為優(yōu) )產(chǎn)品主要用作顏料分散劑、水處理阻垢分散劑等；中等分子量 (104～106)主要用作增稠劑、粘度穩(wěn)定劑、保水劑等；高分子量(106以上)主要用作絮凝劑、增稠劑等。在使用聚丙烯酸（鈉），用戶應(yīng)適當(dāng)添加緩蝕劑，防止對(duì)銅的腐蝕。

低分子量PAA(S)具有優(yōu)良的水溶性和分散性，有著非常廣泛的用途，尤其是在工業(yè)循環(huán)冷卻水和漿料分散方面][][][。能夠結(jié)合水中的鈣、鎂等多價(jià)離子形成可溶的鏈狀陰離子，在工業(yè)循環(huán)水處理方面應(yīng)用較廣，可用作水質(zhì)阻垢分散劑、陶瓷分散劑、造紙分散劑、水泥減水劑、洗滌助劑、肥料助劑、化纖上漿劑、金屬材料淬火劑等，效果顯著。

聚丙烯酸（鈉）阻垢分散作用機(jī)理

在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，隨著循環(huán)水的蒸發(fā)和水中微溶物的氧化結(jié)垢，時(shí)常困擾系統(tǒng)正常運(yùn)行。水垢成分復(fù)雜常規(guī)水垢包括碳酸鈣垢、磷酸鈣垢、硫酸鈣垢、硫酸鋇垢、鎂垢、鋅垢、硅垢等。垢層一方面是在不斷地進(jìn)行溶解，另一方面是在逐漸析出增厚而成為硬垢，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。

阻垢劑主要是通過(guò)螯合增溶、晶格畸變或扭曲、靜電排斥或分散等作用機(jī)理而達(dá)到阻垢分散的目的，低分子量聚丙烯酸(鈉)也是與如此。低分子量聚丙烯酸(鈉)具有優(yōu)良的水溶性和分散性，可在堿性和一定的濃縮倍數(shù)條件下運(yùn)行而不結(jié)垢，因此作為水處理劑使用時(shí)因其結(jié)構(gòu)中具有的多個(gè)羧酸基團(tuán)和溶劑化鏈發(fā)揮優(yōu)良的吸附和分散作用，吸附于微溶的無(wú)機(jī)鹽的微晶粒上，或者將數(shù)個(gè)微晶粒連成彼此有相當(dāng)距離的疏松微粒團(tuán)，阻礙微粒相互接觸而長(zhǎng)大，從而將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類(lèi)的微晶或泥沙分散于水中不沉淀，達(dá)到阻垢的目的。

聚丙烯酸（鈉）的分散機(jī)理

低分子量PAA(S)分散機(jī)理主要是：

(1)吸附于固體顆粒的表面，使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤(rùn)；

(2)在固體顆粒的表面形成吸附層，使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的排斥力；

(3)使固體粒子表面形成雙電層結(jié)構(gòu)，使雙電層厚度增加，固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離；

(4)使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個(gè)體系物化性質(zhì)均一。

其它新型聚合方法的研究

近年來(lái)，隨著人們對(duì)低分子量聚丙烯酸(鈉)的研究，一些新型有效的聚合方法不斷涌現(xiàn)。例如靜態(tài)水溶液聚合法即是近年來(lái)出現(xiàn)的聚丙烯酸鈉合成新方法，這種方法不使用異丙醇，單體濃度高、聚合周期短，有利于降低制造成本。缺點(diǎn)是聚合過(guò)程中伴隨著凝膠化現(xiàn)象，放熱劇烈，有大量自由基向大分子鏈轉(zhuǎn)移并引起大分子間相互交聯(lián)，導(dǎo)致產(chǎn)物中有水不溶物，產(chǎn)品質(zhì)量較差，尚未工業(yè)化生產(chǎn)。高鳳芹等[17,]在自制平板式反應(yīng)器中，以十二硫醇為分子量調(diào)節(jié)劑，用靜態(tài)水溶液聚合法合成低分子量聚丙烯酸鈉，實(shí)現(xiàn)了放熱與散熱的平衡，既有效控制了產(chǎn)物的分子量，又避免了爆聚的發(fā)生。當(dāng)單體濃度為30%，分子量調(diào)節(jié)劑用量為4%(占單體重)，引發(fā)劑用量為4%(占單體重)，聚合溫度為60℃。反應(yīng)時(shí)間為3h，可合成出分子量為5000左右的低分子量聚丙烯酸鈉，產(chǎn)物水溶性好，分予量分布窄，且單體轉(zhuǎn)化率在99%以上。比較靜態(tài)水溶液聚合法與動(dòng)態(tài)水溶液聚合法，靜態(tài)合成法不用連續(xù)攪拌、滴定單體及引發(fā)劑溶液，無(wú)需高溫和蒸餾回收大量的鏈轉(zhuǎn)移劑，具有操作簡(jiǎn)單，聚合周期短，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。但這種方法要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)還存在一定的難度。

國(guó)外的報(bào)道主要集中在活性自由基聚合領(lǐng)域的研究，較成熟的有TEMPO存在下的可控自由基聚合、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）以及以雙硫脂類(lèi)化合物為鏈轉(zhuǎn)移劑的活性自由基聚合，但在這些方法當(dāng)中，作為鏈轉(zhuǎn)移劑的物質(zhì)(如雙硫脂)通常需要另外合成，增加了研究的成本和繁瑣程度。例如近幾年國(guó)內(nèi)也有研究報(bào)道采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合(RAFT)的方法合成低分子量PAA，但也存在步驟繁瑣、原料不易制得、成本高等問(wèn)題。

低分子量聚丙烯酸(鈉)應(yīng)用研究

前已述及，低分子量聚丙烯酸及其用堿中和的鹽類(lèi)，具有各種實(shí)際用途。例如，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、采掘工業(yè)、建筑工程、精細(xì)化工制品以及紡織業(yè)、皮革業(yè)、紙漿及造紙工業(yè)、涂料和粘接劑、塑料等。

我們所了解到的低分子量聚丙烯酸(鈉)，其最為主要的用途莫過(guò)于作為工業(yè)循環(huán)冷卻水處理劑使用了，它能夠有效防止水中殘存的鈣、鎂離子在管道或設(shè)備中沉積結(jié)垢，是一種優(yōu)異的阻垢分散劑。另外，在水凈化設(shè)備、海水淡化方面也離不了聚丙烯酸(鈉)。

聚丙烯酸(鈉)存在活性羧基，在水中離解形成陰離子基團(tuán)，可作顏料與無(wú)機(jī)鹽的分散劑。例如在地質(zhì)勘查方面，用作鉆機(jī)機(jī)頭潤(rùn)滑、自動(dòng)清洗掉粘附的泥漿，使用少量聚丙烯酸就足以減少鉆頭摩擦力，加快鉆井速度，提高工作效率；用作礦物分散懸浮，如高嶺土、滑石、煤塊的浮選和運(yùn)輸；在陶瓷工業(yè)上，聚丙烯酸鈉可以降低料漿的粘度，防止顆粒團(tuán)聚，是一種較好的陶瓷料漿減水劑， 同時(shí)對(duì)坯體的干燥強(qiáng)度還具有一定的增強(qiáng)效果；在涂料工業(yè)上，聚丙烯酸對(duì)顏料有潤(rùn)濕作用，可縮短研磨時(shí)間，節(jié)約動(dòng)力消耗；作為染整助劑使用時(shí)，低分子量聚丙烯酸在精煉、漂白、染色等工序使用中效果均好，而且還避免了對(duì)環(huán)境的污染[]；在建筑業(yè)常用的水泥、石膏中加入聚丙烯酸，可幫助它們?cè)谒蟹稚⒏?，從而達(dá)到減少水耗量，提高混凝土制品的物理強(qiáng)度，加速凝固的作用；作為日用化學(xué)品的洗滌助劑使用，能夠起到分散和防止污垢抗再沉積的作用；在農(nóng)業(yè)上，還可以作為氯化銨等肥料的防結(jié)塊劑使用。

在造紙工業(yè)，隨著高濃度涂布機(jī)的引進(jìn)和銅版紙生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)分散劑的需求越來(lái)越大。低分子量PAA(S)作為造紙工業(yè)的有機(jī)分散劑，能提高顏料的細(xì)度、分散體系的穩(wěn)定性，提高紙張的柔軟性、強(qiáng)度、光澤、白度、保水性等，且具有可溶于水、不易水解、不易燃、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性特點(diǎn)，因此低分子量 PAA(S)在造紙工業(yè)越來(lái)越受到重視。

低分子量聚丙烯酸(鈉)研究中存在的幾個(gè)問(wèn)題與發(fā)展方向

對(duì)于低分子量聚丙烯酸(鈉)的研究，國(guó)外研究較早(上個(gè)世紀(jì)七十年代)，國(guó)內(nèi)研究較晚，為上世紀(jì)八十年代以后，直到九十年代才逐漸批量生產(chǎn)及工業(yè)化。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外化學(xué)工作者在聚丙烯酸鈉的合成工藝研究方面做了大量的工作，主要研究不同氧化還原引發(fā)劑對(duì)分子量的影響，以及合成低分子量聚丙烯酸(鈉)的最優(yōu)化條件。這些研究雖然已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成就，但也存在一些問(wèn)題：聚合方法上沒(méi)有大的突破，傳統(tǒng)的聚合方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，分子量易于控制，但也存在鏈轉(zhuǎn)移劑用量大、溫度不易控制、無(wú)機(jī)鹽析出、分子量降低程度有限(尤其是特低分子量1000以下)等問(wèn)題，包括近些年來(lái)的一些新方法如ATRP、RAFT、靜態(tài)合成法等，也都存在不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題；應(yīng)用領(lǐng)域有限，例如國(guó)內(nèi)對(duì)于特低分子量聚丙烯酸(鈉)的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道，在一些常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域或者非常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域中還有很多的未知應(yīng)用尚未挖掘出來(lái)，所以在該產(chǎn)品的應(yīng)用方面，應(yīng)主要研究不同分子量產(chǎn)品的多種用途，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，滿足市場(chǎng)需要，并更加深入地研究產(chǎn)品的化學(xué)、物理性質(zhì)，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 （以上內(nèi)容僅代表）

 

參考來(lái)源：百度

關(guān)鍵詞： 聚丙烯酸  聚丙烯酸鈉  PAAS   PAA    水處理劑  螯合分散劑  緩蝕阻垢劑    阻垢分散劑  聚合物

 

 

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