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聚丙烯酰胺泥浆基本知识(二)

 

聚丙烯酰胺简介
聚丙烯酰胺是一种人工合成的高分子化合物,也叫高聚物或叫聚合物。高分子化合物的主要特点是:
(1)分子量高。高分子化合物的分子量一般都有几千,高者可达数百万以上。
(2)化学成分比较简单,结构有一定规律。如聚丙烯酰胺仅由C,H,O,N四种元素组成,分子结构是由若干“结构单元”(链接)重复链接形成的。
(3)高分子化合物的分子形状有线性和体型两种。线性高分子能溶于水,而体型高分子则不溶于水。
(一)聚丙烯酰胺的形态
聚丙烯酰胺简写为PAM,其产品形态有两种:一种是无色透明的稠状冬交替,他们的PAM含量只有7-8%。另一种是白色粉末状固体,这种产品的PAM含量在90&以上,有的可达到99%。目前以胶状产品生产较多,粉状产品尚在研制阶段。
聚丙烯酰胺本身无毒。但其水溶液中的烧碱,氨以及极少量生产过程中转化不完全的残留物-丙烯酰胺对皮肤有刺激作用。因此,操作中应注意防护。
聚丙烯酰胺在工农业生产中用途甚为广泛,除了作泥浆处理剂以外,在造纸、选矿、采油、污水净化及土壤改良等工作中,也是一种重要材料。
(二)聚丙烯酰胺的分子量
聚丙烯酰胺分子每个链接的分子量为71,聚合大分子的分子量是链接分子量与链接数乘积。其分子链节中决定其特性的基团是酰胺基,它是一种非离子基,在水中不电离,但能溶于水,且能吸附于粘土颗粒上,所以也称作吸附基。显然,分子量越大的聚丙烯酰胺,其吸附基数目越多。
目前用作泥浆处理剂的聚丙烯酰胺按其分子大小分成三类:分子量在100万-1000万(特别是300万-500万)的大分子聚丙烯酰胺,可作絮凝剂;分子量在20万-90万的中分子聚合物,暂时因其货源较少,应用不多;最小的是分子量在5万-8万的聚合物,一般可以与大分子聚合物配合使用,作降失水剂。
(三)聚丙烯酰胺的水解度
聚丙烯酰胺的部分酰胺基,在碱性溶液中水解成羟基后,与烧碱作用生成羟钠基,这种聚合物称作部分水解聚丙烯酰胺(简写为PHP或HPAM)。
性能截然不容的酰胺基和羟钠基对聚合物HPAM性能的影响也不相同。增大羟钠基的哈娘可增加HPAM的水解度,从而增强HPAM的水化作用。水解度是聚丙烯酰胺的一项重要性能指标。
在泥浆处理剂中,用作选择性絮浆剂的HPAM水解度约为30%,而用作降失水剂的水解度多在60-70%以上。
国内聚丙烯酰胺产品目前以非水解性为主,也有一些工厂能生产一些不同水解度的水解制品。据介绍有些粉状产品的水解度也可达到10-20%。
(四)聚丙烯酰胺的水溶性
线性分子的PAM及HPAM都能溶于水,且没有溶解度的限制,可以和任意比例的水混合,不过溶解速度比较缓慢。他们的溶解过程可分为两个阶段,开始时由于分子大,相互阻碍,不易向水中扩散,而是扩散快的水分子向卷曲的高分子之间渗透。水分子的深入促使高分子相互间距离逐渐增大,挡水的渗透量达到一定数值后,聚合物的大分子即可彼此分理,向水中扩散,最后完成溶解过程。
聚合物溶解的难以程度用溶解性(即完全溶解所需的时间)指标来衡量。聚丙烯酰胺的溶解性与它们的分子量和水解度有关,分子量越大其溶解性越低,水解度越高溶解性越高。
聚丙烯酰胺水溶液的粘度随着溶质的分子量、水解度、高分子之间交联点数以及溶液的浓度的增大而相应上升。而溶液的温升将使粘度极剧下降。
(五)聚丙烯酰胺的交联反应
高分子聚合物在一定条件下,数个高分子的若干连相互连接在一起,构成更大的分子,这种化学作用称作交联作用或交联反应。
聚丙烯酰胺的交联作用有两种方式:
1.自行交联反应,也叫脱氨交联反应,这是在酸性和高温条件下,高分子相互连接并放出氨气的作用。
2.外加交联反应,或叫高价离子络合交联反应,它是一些高价金属离子与分子链接中某些部位的带负电原子以特殊键相结合的化学作用。
教练作用可使高分子从线型结构变成体型结构,交联点越多,交联强度越大。所以交联作用会影响聚丙烯酰胺的溶解性。一般为了防止聚合物交联变质,在生产、运输和管理存放的过程中,应避免日光爆嗮,避免与高价金属离子接触。交联作用形成的体型聚合物往往被用于钻孔堵漏。
(六)聚丙烯晴(简写PAN)
聚丙烯晴是一种人造毛的原料,它的水解物也常被用作泥浆处理剂。
聚丙烯晴在烧碱溶液中水解后,形成一种由丙烯酸钠、丙烯酰胺、丙烯晴组成的聚合物。
聚合物中的—COONa是水化基,—CONH2及—CN都是吸附基,其中—CN基还有一定抗菌防腐作用。
聚丙烯晴的分子量一般是5万-8万,少数高达10万。水解度为60-70%的聚丙烯晴可作泥浆降失水剂。不仅他的润滑性能和防腐性能好,价格也较便宜。
(七)聚丙烯酰胺的规格及测定方法
聚丙烯酰胺的产品规格出厂前一般均已标定,其主要项目是:分子量、水解度、含量(浓度)、水溶性。它们的测定方法介绍如下:
1.聚丙烯酰胺固体含量的测定
胶状聚丙烯酰胺固体含量的测定方法是干燥法,测定步骤如下:
在一个已知重量为G1的平底器里倒入薄薄一层胶状聚丙烯酰胺,并测定好它们的总重量G2。然后将其加热完全干燥,干燥后的聚丙烯酰胺连同器 的重量称出为G3,即可通过计算确定胶状聚丙烯酰胺的固相含量。计算方式:

G3-G1
C=————×100%
G2-G1
2.聚丙烯酰胺分子量的测定
聚丙烯酰胺的分子量,一般出厂时已经标定,不必现场实际测定。如果在特定情况下,如要临时测定,可用粘度法测。
如前所述,聚丙烯酰胺的分子量与溶液粘度值有一定的关系,表示着一关系的经验公式为:{η}=KM,
式中 {η} ——特性粘度
M——平均分子量;
a,k——系数,他们对某一高聚物的溶液体系来说,温度一定时,是个常数。当温度为30摄氏度时,PAM溶液的a=0.66,K=3.73×10-4.

此时{η}-----3.73×10-4×MO.66.
由此可知,只要测到{η}值,分子量M就可以算出来。{η}值可用毛细管粘度计测定。
首先将年度计垂直夹持在恒温槽中,使G球完全浸没在水面以下,然后将恒温槽的温度调节到30摄氏度±0.1摄氏度。测定时,将待测液体注入求腔F内,随后夹紧C端,再用洗耳球从B管上端抽气,使F腔的液体通过毛细管CB升到G腔内,当液面升到G腔中部,打开B,C两端,这是G腔液面开始下降,液体顺CB流回F腔。注意用表测量B管刻线a降到刻线b所需的时间。一般需重复三次,每次不相差0.4秒。
3.聚丙烯酰胺水解度的测定
聚丙烯酰胺水解度的测定方法有单指示剂法、双指示剂法两种。这里仅介绍双指示剂法。
双指示剂法是一种直接测定水解物--羟钠基链节占整个个链接数的百分数的方法。操作步骤是:
(1)量取10毫升已知固体含量的HPAM溶液,以蒸馏水使其稀释成浓度为0.1%的稀溶液。
(2)用浓度为0.1的稀盐酸滴定中和HPAM溶液中的过剩NAOH,用酚酞试剂控制溶液的PH值接近于中性。即溶液由红色变为白色。
(3)在中和反应后的HPAM溶液中加入3-4滴甲基橙或溴酚试剂,然后仍用浓度为0.1N和HC1溶液滴定,知道HPAM溶液的颜色从淡黄色变为黄色未知。
按照同样的方法也可以测定聚丙烯晴(HPAN)的水解度。聚丙烯晴的链接分子量是53。

 

 

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