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1、聚丙烯酰胺类化合物 报告内容 二烯丙基二甲基氯化铵类聚合物 聚丙烯酰胺的工业应用 聚丙烯酰胺的合成 聚丙烯酰胺的简介 天然高分子化合物的性质与应用 聚丙烯酰胺的简介 聚丙烯酰胺 polyaerylamide 简称PAM 是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的统称 AM实际上是一类单体的母体化合物 其中包括甲基丙烯酰胺和N 取代丙烯酰胺的化合物 工业上 凡是含有50 以上AM单体的聚合物 都泛称为聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺的定义 聚丙烯酰胺的简介 PAM化学结构式 分子式 CH2 CHCONH2丙烯酰胺有毒 可以致癌 致畸 容易通过皮肤吸收 会引起皮肤 眼睛和呼吸道过敏 小鼠的口腔半致死剂量LD50
2、为124mg kg 丙烯酰胺的性质 聚丙烯酰胺的简介 骨架铜催化反应1 20世纪70年代由美日开发2 目前国内外普遍采用的工艺3 成品中残留一定量的铜离子 丙烯酰胺的合成 生物酶催化法1 日本1985年首先应用此法生产2 此法活性和选择性高 成品的品质高3 反应温和 无三废污染 产品纯度高 聚丙烯酰胺的简介 骨架铜催化水合法合成丙烯酰胺的反应过程 骨架铜催化剂 生物催化水合法的反应过程如下 含酶菌株 常温 聚丙烯酰胺的简介 聚丙烯酰胺的简介 酶催化工艺流程图 制备产酶细胞 细胞固定 催化水合 菌种 AM H2O 发酵 固定化细胞分离 PAM的分类 造纸行业 石油开采 水处理 水处理 造纸行业
3、少量应用 非离子型 阴离子型 阳离子型 两性型 聚丙烯酰胺的简介 PAM的分类 水溶液胶体 A 胶乳状 C 粉状 B 聚丙烯酰胺的简介 PAM的发展史 90年代至今 70年代中 90年代初 1954 20世纪70年代中 1893 1954 国外对两性聚丙烯酸胺的研究和开发趋于活跃 Merck公司和Halliburton公司研制成功了阳离子PAM 美国实现商业化生产 非 阴 丙烯酰氯与氨在低温下反应制得 聚丙烯酰胺的简介 聚丙烯酰胺的合成单体 非离子单体非离子丙烯酰胺单体多为丙烯酰胺的衍生物 常用的单体如下 甲基丙烯酰胺N 甲基丙烯酰胺N N 二甲基丙烯酰胺 聚丙烯酰胺的合成单体 阳离子单体阳离
4、子单体较多 多数是丙烯酸的不同酯 常用的阳离子单体如下 丙烯酸 N N 二甲基胺 乙酯氯甲胺 甲基丙烯酸 N N 二甲基胺 乙酯氯甲胺 丙烯酸 N N 二甲基胺 乙酯硫酸甲胺 聚丙烯酰胺的合成单体 阴离子单体生产阴离子聚丙烯酰胺的单体多为丙烯酰胺聚合后再水解形成阴离子链段 现在也有采用丙烯酸与丙烯酰胺共聚的方法 常用的阴离子单体如下 甲代烯丙基磺酸 亚甲基丁二酸 聚丙烯酰胺的合成机理 丙烯酰胺的聚合为自由基聚合 自由基聚合一般分为链引发 链增长和链中止三个阶段 聚丙烯酰胺的合成机理 链引发反应是形成单体自由基的反应 引发过程由两部分组成 1 引发剂R R发生均裂 形成一对自由基R R R 2R
5、 式4 3 例如过氧化苯甲酰的裂解过程 2 初级自由基与单体加成 形成单体自由基 聚丙烯酰胺的合成机理 链增长聚丙烯酰胺的链增长过程中链自由基与单体有两种结合方式 即头 头结合与头 尾结合 聚丙烯酰胺的合成机理 链终止自由基终止反应形式主要有偶合终止和歧化终止 偶合终止是两个自由基反应形成单键 在歧化反应中自由基从其它自由基获得氢原子或其它原子终止反应 歧化反应结果造成形成的分子一端为引发剂残基 另外一端为饱和或者不饱和键 聚丙烯酰胺的合成机理 链转移在聚合过程中自由基可能从单体 溶剂 引发剂 杂质等获得一个原子 失去活性 成为分子 而失去原子的物质称为新的自由基 继续引发链的增长 使聚合不断
6、进行下去 这一反应称为链转移反应 如果聚合过程中链转移是向小分子进行 往往得到的最终聚合物的分子量比较小 聚丙烯酰胺的合成方法 聚丙烯酰胺的合成方法 聚丙烯酰胺的工业应用 聚丙烯酰胺 PAM 及其衍生物是造纸 石油 化工 冶金 地质 煤炭 轻纺 水处理等领域广泛应用的多功能聚合物 也是水溶性合成高分子聚电解质中最重要的品种之一 国际上聚丙烯酰胺对于上述领域的应用较早 最大用途领域为水处理剂 我国大量应用和生产聚丙烯酰胺始于1980年代末期 据统计2000年全世界PAM产品已逾49万t 美国产量达6万t 日本年产约2万多t 我国产量约10万t 聚丙烯酰胺应用领域 二烯丙基二甲基氯化铵类聚合物 高
7、分子量的DADMAC均聚物或与AM的共聚物可作助滤剂 颜料脱水剂 也可用作污水处理的絮凝剂 并且对于高浊度水特别有效 DADMAC与AM的共聚物是水处理和污水处理中使用最广泛的絮凝剂 它可用于处理纸浆废液 印染废水 炼油厂废水 油田污水 DADMAC单体合成方法和工艺 一步法 一步法是烯丙基二甲基胺不经过分离直接与烯丙基氯反应 两步法 合成烯丙基二甲基胺后 经过蒸馏分离再与烯丙基氯反应一步法优于两步法于产率高 我们的研究就是基于一步法 原料消耗 一步法工艺 氢氧化钠溶液 45 计量罐二甲胺溶液 40 计量罐氯丙烯氢氧化钠计量罐氯丙烯计量罐DADMAC单体 一步法流程 在夹套反应釜内加入二甲胺溶
8、液 40 600份 将反应釜内温度降至0 C 将氯丙烯400份及200份氢氧化钠 45 的溶液 在10小时内分次交替加入 保证反应体系pH值12 13之间 待反应结束后加入氯丙烯420份 停止降温 继续搅拌1小时后 逐渐升温至30 40 C 回流8小时 如果无油水分层现象 而且pH值在7 8之间 然后升温至40 50 C 将未反应的氯丙烯蒸出 逐渐升温至80 90 C 加入少量氢氧化钠 减压抽提未反应杂质 2小时后 反应 最后加入适量的水 控制单体pH值为7 折光度为1 464 浓度为68 再经过过滤 分离溶液中氯化钠 滤液为成品单体溶液 如果生产浓度为40 加水稀释就可 DADMAC 丙烯酸
9、共聚物溶液 在反应釜内加入DADMAC单体426 9份 去离子水78 9份 丙烯酸14 0份 EDTA0 2份 通入氮气 洗涤釜内氧气 同时升温至65 C 30分钟后 加入25 的过硫酸铵17 1份 溶液粘度上升 同时混合液温度最高可以达到80 C DADMAC 丙烯酰胺分散乳液聚合 在反应器内加入25 667份49 0 的丙烯酰胺溶液和161 29份62 0 DADMAC溶液 加入200份硫酸铵和40份硫酸钠 303 85份去离子水 0 38份甲酸钠45份20 的丙烯酸 三甲基胺 乙酯季铵盐氯化物 0 2份EDTA 升温到48 加入2 50份4 偶氮二脒基盐酸盐2 2 azobis 2 amidinopropane dihydrochloride 向反应器中通入高纯氮气15分钟 置换仰起 大约15分钟后溶液年度上升 4小时后溶液温度达到50 然后用注射器加入少量丙烯酰胺和EDTA混合液 溶液最后布氏粘度可以达到4200cps ThankYou
