高分子聚丙烯酰胺（精选9篇）
高分子聚丙烯酰胺 篇1
加压过滤机主要用于浮选精煤和原生煤泥的脱水[1],当用于灰分比较高、粒度细、粘性大的原生煤泥脱水时,处理能力急剧下降[2,3]。采用絮凝剂聚丙烯酰胺作为加压过滤的絮凝剂,已有不少试验研究[1,4],且取得了较好的效果。但是对于不同分子量和水解度的聚丙烯酰胺在模拟实际加压过滤机运行状态下的助滤效果尚无研究。笔者首先设计了一套模拟加压过滤机实际运行状态的试验装置,研究了不同分子量( 最高达2000万以上) 、不同水解度的聚丙烯酰胺用于加压过滤机的助滤效果。
1 试验煤泥
试验煤泥样品取自山西大同永定庄选煤厂和内蒙古伊泰凯达选煤厂的原生煤泥,煤种分别为弱粘煤和不粘煤。两种煤泥的粒度组成分别见表1 和表2。
由表1 和表2 可见,两种煤泥样粒度很细,泥化非常严重,且凯达选煤厂煤泥( 表2) 的灰分( 50. 69% ) 高于永定庄选煤厂煤泥( 表1) 的灰分( 41. 74% ) ,尤其是凯达选煤厂煤泥中小于0. 045 mm的灰分高达64. 63% ,明显高于永定庄选煤厂同粒级的灰分( 43. 60% ) 。两座选煤厂均采用加压过滤机脱水,因煤泥可滤性很差,生产过程中出现卸饼周期长、滤饼水分高、滤饼薄等问题,严重影响到加压过滤机的处理能力。
2 试验装置
加压过滤是把过滤机安装于压力罐中,工作时向压力罐中充入0. 4 MPa左右的高压空气,垂直矿浆液面的滤扇绕过滤轴旋转,滤扇周而往复地浸入矿浆和离开矿浆,实现滤扇上滤饼的过滤、干燥和卸落三个阶段[5]。为了模拟这一实际的加压过滤过程( 即: 滤盘垂直于矿浆,并具有时间可控的过滤阶段和滤饼干燥阶段) ,设计了如图1 所示的试验装置。该装置主要由过滤容器、包裹有120 网目滤布的滤盘( 表面积64 cm2) 、压力表、高压空气输入管、进料口、滤液排出管、排料通道、排料容器和排料口以及阀门组成。
1—过滤容器;2—滤盘;3—滤布;4—压力容器上盖;5—压力表;6—压缩空气;7—进料口;8—阀门;9—阀门;10—滤液排出口;11—阀门;12—排料通道;13—压缩空气;14—排料容器;15—阀门;16—排料口
试验开始时,开启进料口的阀门,关闭其余阀门; 为了避免较粗颗粒在过滤容器中发生沉淀,以最短时间从进料口加入煤泥水,然后迅速关闭进料口阀门,开启滤液出口阀门,向过滤容器和排料容器通入等同压力的压缩空气,过滤阶段即开始; 在压缩空气作用下,滤液从出口排出,经过30 s过滤阶段后,打开排料通道上的阀门( 11) ; 由于排料容器中的压力与过滤容器中的压力相等,过滤容器中的煤泥水靠重力自流到下面的排料容器中; 在过滤阶段滤盘上形成的滤饼再经过30 s的脱水时间,关闭压缩空气,开启排料阀门( 15) ,在过滤容器和排料容器泄压的同时,煤泥水从排料容器中通过排料口( 16) 放出。开启过滤容器的上盖( 4) ,测定滤盘上滤饼的水分,并根据滤盘上取下后烘干的滤饼重量以及滤盘的表面积、过滤时间、干燥时间计算单位面积和单位时间的处理量。
3 高分子助滤剂
高分子助滤剂是一种聚合物,可以吸附在固体颗粒表面,依靠较长的分子链,通过吸附—架桥的作用方式,使微细粒煤间形成絮团,改变了滤饼的结构,防止微细粒煤对过滤介质的堵塞,形成粒度大、多孔隙、渗透性和透气性好的滤饼结构,从而提高过滤速度[6]。
本试验中助滤剂选用了三种不同分子量、水解度的阴离子型聚丙烯酰胺,其主要特性参数见表3。
4 助滤试验
试验条件: 过滤压力0. 4 MPa,过滤介质为120 网目尼龙滤布,入料浓度为500 g / L,絮凝剂用蒸馏水配成0. 2% 的溶液,用量分别为每吨干煤泥135. 8 g、271. 6 g、353. 08 g、434. 56 g和543. 2 g。
由助滤试验结果图2、图3 可见,随着絮凝剂的分子量和用量的增加,滤饼水分下降很明显,特别是分子量超过2 000 万以上的62526 型高分子量絮凝剂用量增加到353. 08 g /t时,滤饼水分降至最低,永定庄煤泥滤饼水分为26. 33% ,灰分较高的凯达选煤厂煤泥滤饼水分为29. 88% ;同时,处理能力也明显增加,永定庄选煤厂煤泥处理量达到362. 31 kg /m2·h,凯达选煤厂煤泥处理量达到305. 23 kg /m2·h,明优于其他两种低分子量的絮凝剂; 但是当用量继续增加时,滤饼水分反而增加,处理量降低,这是因为絮凝剂用量继续增加后,使滤饼的粘度增加,增加了滤饼的过滤阻力,影响了滤饼的脱水效果。
加压过滤的脱水效果不仅取决于入料中细泥的含量,更取决于细泥的灰分。由上述两个选煤厂的助滤试验结果还可见,在同样的絮凝剂和用量条件下,永定庄煤泥的助滤效果优于凯达选煤厂煤泥的助滤效果。这一原因可以从两座选煤厂的煤泥粒度分布表1 和表2 看到,永定庄选煤厂煤泥灰分为41. 74% ,其中小于0. 045 mm粒级的产率为70. 69% ,灰分为43. 60% ,凯达选煤厂煤泥灰分50. 69% ,其中小于0. 045 mm的产率为64. 09% ,灰分为64. 63% ,凯达选煤厂煤泥中小于0. 045 mm的产率虽然稍小于永定庄的煤泥,但其小于0. 045 mm级的灰分远高于永定庄选煤厂同一粒级的灰分,所以严重影响了凯达选煤厂煤泥的脱水效果。
5 结论
首次采用模拟加压过滤机实际运行过程的试验装置,选用两种灰分不同、泥化严重的原生煤泥样,进行了不同分子量聚丙烯酰胺的助滤试验。试验结果表明:
( 1) 聚丙烯酰胺对泥化严重、可滤性差的煤泥具有助滤作用,且随着分子量的增加,助滤效果越好。当聚丙烯酰胺分子量达到2000 万以上、用量为353. 08 g /t时,永定庄选煤厂的煤泥处理能力达到362. 31 kg /m2· h, 滤饼水分为26. 32% ; 凯达选煤厂的煤泥处理能力为305. 23kg / m2·h,滤饼水分为29. 88% 。
( 2) 煤泥的灰分、特别是小于0. 045 mm微粒级的灰分对助滤的效果具有明显影响。凯达选煤厂煤泥灰分以及其中小于0. 045 mm粒级的灰分( 分别为50. 69% 和64. 63% ) 均高于永定庄选煤厂同粒级的灰分( 分别为41. 74% 和43. 60% ) ,凯达选煤厂的煤泥处理能力( 305. 23 kg /m2·h)低于永定庄选煤厂的煤泥处理能力( 362. 31 kg /m2·h) ,凯达选煤厂的煤泥滤饼水分( 29. 88% )高于永定庄选煤厂的煤泥滤饼水分( 26. 32% ) 。
参考文献
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高分子聚丙烯酰胺 篇2
关键词：南苜蓿；SSR标记；PAGE
中图分类号： S540.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0382-03
收稿日期：2014-11-10
基金项目：江苏省科技支撑计划（编号：BE2012340）；江苏省普通高校研究生科研创新计划（编号：CXLX_1429）。
作者简介：陈祥（1990—），男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向为牧草种质资源评价与遗传育种。E-mail：yzdxchenxiang@163.com。
通信作者：魏臻武，博士，教授，主要从事牧草遗传育种与种质资源评价研究。E-mail：zhenwu_wei@hotmail.com。南苜蓿（Medicago polymorpha）属于豆科苜蓿属，是一年生或越年生苜蓿，别称秧草、草头、金花菜[1-2]、多形苜蓿[3]等。南苜蓿多产于长江中下游地区，如江苏、浙江等地，在安徽、江西、云南等地也有分布。南苜蓿常作为田间绿肥，也可作蔬菜和牧草。目前，随着秧草保健功能的不断彰显，多地已经形成了以秧草为主的产业。南苜蓿实现了牧草功能的延伸，是长三角生态农业新的增长点，成为我国南方草业发展的新亮点[4]。
简单序列重复（Simple sequence repeat，SSR），是重复序列的重要组成部分。SSR是由1～6个核苷酸为重复单位序列组成的串联重复序列。SSR以PCR技术为基础，并均匀分布于整个基因组中。由于SSR分子标记具有共显性、涵盖范围广、标记数量丰富、所揭示的多态性高等优点[5]，已经在分子育种、指纹图谱构建、种子纯度鉴定、基因定位等方面得到广泛应用[6-7]。同样，对于遗传背景缺乏、没有测序信息的植物，SSR仍然具有极高的利用价值。
聚丙烯酰胺凝胶电泳（Polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE），是一种以聚丙烯酰胺凝胶作为介质的常用电泳技术。由于其检测灵敏度和分辨率都比较高，是分子生物学和基因工程上不可缺少的试验技术，特别适合SSR标记扩增产物的检测[8-9]。本研究在张丽芳等模式植物蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）SSR标记的PCR反应体系[10]和Eujayl 等苜蓿属变种PCR反应体系[11]的基础上，建立一种适用于南苜蓿SSR标记的聚丙烯酰胺凝胶电泳银染检测的方法。
1材料与方法
1.1试验材料
本试验所用的南苜蓿材料由扬州大学草业科学研究所野外搜集所得（表1），于2014年4月种植于扬州大学扬子津校区实验地，在植株成型后取嫩叶研磨，提取的叶片DNA作为PCR反应的模板。试验所用的MgCl2、dNTP、Taq聚合酶试剂均购自生工生物工程（上海）股份有限公司，其他常规试剂均为国产分析纯。
1.2DNA提取
南苜蓿叶片基因组DNA提取采用魏臻武的CTAB法[12]。取10～15张叶片在液氮中迅速研磨成粉末，用于后续DNA的提取，提取的DNA经0.8%琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度计检测质量和浓度。样品稀释10倍放入4 ℃冰箱备用，原液放入-70 ℃冰箱长期保存。
1.3引物
引物来源于扬州大学草业科学研究所提供的100对蒺藜苜蓿SSR引物，由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。引物粉末用超纯水稀释，保证引物的浓度高于10 μmol/L。待完全溶解后在漩涡混合器中混匀，离心，放入-20 ℃冰箱中保存待用。
1.4PCR反应体系和扩增程序
SSR反应体系[10]为10 μL（每孔添加量）。10 μL PCR体系含0.24 μL dNTP （10 μmol/L），3 μL Primer（10 μmol/uL），0.16 μL Taq polymerase（1 U），1.5 μL 10×buffer （1 μmol/L），3 μL DNA 模板（20～90 ng/μL），0.9 μL Mg2+（20 mmol/L），1.2 μL ddH2O。
一年生苜蓿PCR扩增程序[13]：94 ℃预变性3 min；95 ℃变性1 min，，55 ℃退火1.5 min （不同引物退火温度不同），72 ℃延伸1min，共循环35次；最后72 ℃保温8 min，4 ℃保存。
苜蓿属变种PCR扩增程序[11]：95 ℃预变性10 min；95 ℃变性50 s，55 ℃退火50 s（不同引物退火温度不同），72 ℃延伸90 s，共循环40次；最后72 ℃保温10 min，4 ℃保存。
1.5PCR扩增产物的电泳检测
PCR扩增产物中加入l L loading buffer （溴酚蓝缓冲液），在8%非变性聚丙稀酰胺凝胶（PAGE）上，于100V电压电泳0.5 h，200 V电压电泳1 h，然后银染检测。
1.6图片处理
电泳照片用Adobe Photoshop CS2 9.0进行裁剪；引物信息采用Excel 2003整理。
2结果与分析
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用100对蒺藜苜蓿SSR引物进行亲本母本温岭材料和父本楚雄材料及其杂交F1代多态性分析，筛选出8对多态性较好的作为南苜蓿特异性SSR引物，引物信息如表2所示。聚丙烯酰胺凝胶电泳检测PCR扩增产物，最后银染上色，其结果见图1、图2。
试验结果表明，蒺藜苜蓿SSR引物MtB152、MtB34、MtB147、MtB18、MtB21、MtB50、MtB16、MtB8在一年生苜蓿SSR-PCR反应体系中和苜蓿属变种SSR-PCR反应体系中均能扩增出条带，但条带质量有差异。具体表现为一年生苜蓿SSR反应体系扩增出的产物经电泳检测后得到的谱带要比苜蓿属变种的SSR反应体系扩增出的谱带背景更加清晰，多态性位点更易于辨认，但扩增出的位点明显少于苜蓿属变种SSR的反应体系。在2种反应体系中，引物MtB18、MtB147、MtB50、MtB8扩增出的条带数明显多于其他引物，多态性好于其他引物。
基于一年生苜蓿SSR反应体系和苜蓿属变种的SSR反应体系，分别采用聚丙烯酰胺凝胶电泳后对南苜蓿进行SSR标记检测，均能够得到稳定、易辨、背景清晰的谱带，是一套快速有效的检测方法。
3结论与讨论
由于SSR的诸多优点以及技术的日趋成熟，已经成为一种比较理想的分子标记技术，被广泛运用到多个领域。在农作物中，水稻（Oryza sativa）[14-15]、小麦（Triticum aestivum）[16-17]、玉米（Zea mays）[18]、大豆（Glycine max）[19]、大麦（Hordeum vulgare）[20]等都已进行了SSR标记的研究。
南苜蓿早期作为蔬菜和田间绿肥推广[4]，在分子生物学研究方面，还没有相关的文献报导，导致其遗传背景缺乏，试验工作无法借鉴，给遗传育种工作带来了困难。试验证明，根据南苜蓿的分类学地位，将其作为一年生苜蓿属植物的属性来研究，能够开展SSR分子标记的研究。根据引物之间的通用性，已开发的蒺藜苜蓿SSR引物，通过聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，在一年生苜蓿SSR-PCR反应体系和苜蓿属变种的SSR-PCR反应体系的基础之上，能够扩增出条带清晰、多态性高的谱带，可以用于南苜蓿试验分析与交流。
要想获得清晰可靠的条带可以改变引物的退火温度、Mg2+浓度以及反应的循环数[21-22]。基于一年生苜蓿SSR反应体系的谱带要比苜蓿属变种的SSR反应体系的清晰，但是扩增出的位点数要少于苜蓿属变种的反应体系，这可能与各自的反应体系的退火温度及循环次数有关，需要进一步设计试验来摸索证明，才能最终得到位点数多而且条带清晰可靠的SSR-PCR反应体系。
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高分子聚丙烯酰胺 篇3
因受自然条件的限制,天然蝙蝠蛾科虫草资源日益紧缺,价格昂贵,一些不法分子利用劣质或亚香棒虫草代替蝙蝠蛾科虫草,其治疗效果受到伪品及劣质品严重影响,甚至对人体产生毒副作用,鉴别和评价同属不同科的虫草显得尤为重要[4]。目前,其检测方法多为生药学鉴定,薄层色谱法、高效液相色谱法和毛细管电泳法等主要化学方法鉴定,分子水平鉴定也开始进行[5,6,7,8]。
药用真菌虫草属的DNA指纹图谱检测方法中所采用的放射显带方法和荧光显带方法具有一定的局限性,放射显带方法对环境和实验人员均有高污染的风险,而荧光显带方法所需要的仪器昂贵,难以普及。另外,低污染而应用普遍的传统聚丙烯凝胶电泳银染显带方法操作时间长、步骤多,采用试剂繁多,易造成显带背景颜色浓、分辨率低、条带模糊的情况,导致显带结果不准确。本文分别对虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳的凝胶终浓度、胶电泳步骤、胶固定方案、胶染色方法、胶显色步骤进行分析,确定利于虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶DNA多态性展现的方案,现报道如下:
1 材料与仪器
1.1 材料
虫草属Cordyceps(Fr.)Link样品由海军医学研究所汪家春副研究员鉴定。丙烯酰胺、甲叉丙烯酰胺、过硫酸胺、TEMED购自Takara生物公司;尿素(Urea)购自Sigma公司;硝酸银、剥离硅烷、亲和硅烷购自北京鼎国生物工程公司;引物、接头由上海生物工程技术服务有限公司完成;其余试剂均为国产分析纯。
注:TBE缓冲液:硼酸缓冲液;Acr&Bis:丙烯酰胺和N,N′-亚甲叉双丙烯酰胺混合溶液;TEMED:四甲基乙二胺
1.2 仪器
DYCZ-20A型电泳槽、DYY-12型电泳仪电源(北京六一仪器厂),P270型摇床(中国科学院武汉科学仪器厂),PCR仪(德国Biometra公司),DK-S12型电热恒温水浴锅(上海华连医疗器械有限公司),高速离心机(德国Eppendorf公司),PL3002型电子天平(METTLER TOLEDO公司)。
2 方法
2.1 配制缓冲液及常用试剂
2.1.1 TE缓冲液的配制
用pH 8.0为10 mmol/L Tris-HCl及1 mmol/L EDTA配制,配制溶液高压灭菌后室温保存。
2.1.2 5×TBE缓冲液的配制
在800 mL双蒸水中加入Tris、硼酸和pH为8.0的EDTA,定容至1 L后室温保存。
2.1.3 1 mmol/L Tris-HCl的配制
在双蒸水中加入Tris-HCl,双蒸水取800 mL,用浓HCL的剂量调节pH值,定容至1 L后室温保存。
2.1.4 5 mol/L EDTA的配制
称取186.1 g乙二胺四乙酸二钠盐·2H2O溶于800 mL双蒸水,用NaOH的剂量调节pH值,调至pH 8.0,定容至1L后室温保存。
2.1.5 变性上样缓冲液的配制
在98 mL去离子甲酰胺溶液中加入2 mL EDTA溶液,EDTA溶液为pH 8.0,再分别加入50 mg溴酚兰和50 mg二甲苯氰。
2.1.6 40%丙烯酰胺储液(19∶1)的配制
50 mL H2O中加入丙烯酰胺和2 g N,N′-亚甲叉双丙烯酰胺,加热到37℃使之溶解,用定性滤纸过滤定容至1 L后,棕色瓶里4℃保存。
2.1.7 显影液及染色液的配制
将60 g碳酸钠加入2 L的双蒸水中,放入冰箱4℃保存,在显色时即刻加入甲醛溶液和硫代硫酸钠溶液,震荡均匀后配制成显色液;在1 L的双蒸水中加入硝酸银和甲醛溶液,充分溶解后配制成染色液。
2.1.8 不同比例硝酸银溶液的配制
1 L所配制的染色液中分别加入1、2、3、4 g的硝酸银,配制成浓度为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的溶液。
2.2 测序凝胶板的制备
分别用亲和硅烷溶液和浸透剥离硅烷处理相应的测序凝胶板,建立黏附和分离功能的测序凝胶板。
2.3 凝胶的制备
先用适量双蒸水溶解尿素,再加入丙烯酰胺和N,N’-亚甲叉双丙烯酰胺混合溶液(Acr&Bis)溶液和10×硼酸(TBE)缓冲液,再用双蒸水调终体积至99.2 mL,并用0.45 mm的滤膜过滤,然后再加过硫酸铵和四甲基乙二胺(TEMED)。表1为配制3%～6%不同聚丙烯酰胺凝胶浓度所需尿素、Acr&Bis、10×TBE缓冲液、10%过硫酸铵、TEMED、双蒸水的配方。
2.4 测序凝胶银染显色步骤
2.4.1 胶固定
将聚丙烯酰胺凝胶板放入容器中,用配制号的固定溶液浸没,用摇床振荡至标记样品的染色带小时。2.4.2胶染色将固定好的聚丙烯酰胺凝胶分离,对出现分子指纹显色的聚丙烯酰胺凝胶板进行漂洗,时间控制在6 s以内,漂洗好后即刻放入配好的染色液中进行染色,摇床充分震荡15 min。
2.4.3 胶清洗
用双蒸水充分清洗,具体方法为振荡洗胶3次,每次5 min。
2.4.4 胶染色终止
终止显色反应,将聚丙烯酰胺凝胶放入终止液中,固定凝胶并干胶。
3 结果
3.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳银染结果
聚丙烯酰胺凝胶浓度为6%时,分子迁移率和多态性均符合虫草属分子的聚丙烯酰胺凝胶电泳检测需要,见图1。银染中胶显色步骤中显影液为强碱NaOH和0.5%的甲醛溶液,且NaOH的浓度为2%。
泳道1～4均为虫草属样品
3.2 不同Ag+浓度对虫草属DNA聚丙烯酰胺电泳多态性显示的影响
由表2可见,虫草属DNA在0.3%Ag+浓度的聚丙烯酰胺凝胶多态性最佳,多态性条带数达到80以上,且染色背景清晰。
3.3 常见几种方法对虫草属DNA聚丙烯酰胺电泳多态性显示的影响
由表3可见,虫草属DNA聚丙烯酰胺凝胶电泳检测采用方法3,即固定、染色、显色三步时聚丙烯酰胺凝胶多态性显示最佳,且节约染色时间,操作及保存方式简单。
4 讨论
中药材的真假、质量的好坏,会直接影响临床应用的效果和患者的生命安全,对此,李时珍早就有“一物有谬,便性命及之”的名言。所以对于中药材的鉴别有着十分重要的意义。中药材的鉴别方法有很多,通常可分为对植物自然形态的鉴别,对炮制药材外表性状的鉴别,用显微镜观察微观结构的鉴别,以及化学分析、生物测定等鉴别方法。近年对中药质量的评价方法进展很快,有用药效学、免疫活性以及化学模式识别结合药效学、DNA指纹图谱等方法评价中药的质量[9]。DNA指纹图谱技术是以生物基因组DNA序列多样性为基础,研究不同物种间遗传差异的一项技术。生物在长期进化过程中由于各种原因,在基因组水平上产生了广泛的变异,在物种间甚至个体间产生了高度多态性,这种多态性不因组织器官和个体发育而改变,可以通过对相应位点或片断的考查检出,通过多态性图谱的形式表现出来。我国中药产业化、规范化、标准化是中药现代化的必由之路,中药材品质鉴定是中药质量控制的首要环节,寻找科学有效的鉴定方法是实现中药现代化迫切任务。特别是近年来药用虫草的研究和应用很广,受利益驱使,一些不法分子利用劣质或亚香棒虫草代替蝙蝠蛾科虫草,因此对虫草属的鉴别和品质鉴定尤显重要[10,11,12]。
本文所采取的虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳检测方法所采取的银染法,是利用银离子可与核苷酸结合的特性,甲醛能使银离子在碱性环境下还原,从而显现虫草属聚丙烯酰胺凝胶中的DNA指纹片段。与同位素检测显带相比较,其灵敏度虽低于同位素,但完全可达到检测要求,避免了同位素的危害。聚丙烯酰胺凝胶电泳银染显色既可避免接触诱变剂(溴化乙锭),也可免受同位素的辐射,实用性强[13]。与荧光染色检测方法相比,解决了荧光染色检测方法费用高额的矛盾,易推广普及。另外,与传统的四步法(固定、染色、显色、终止)相比较,节省了时间,提高了效率;同时,与二步法(合并固定于染色为一个步骤的方法)相比较,该方法能检测到虫草属小分子量的多态性,得到了高分辨率的虫草属DNA指纹。因此,各个物种分子多态性分布不同,需要进行特定性条件的摸索,以建立适合的聚丙烯酰胺凝胶电泳银染条件和方法。
虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳检测方法具体实验操作中还有以下体会:(1)凝胶测序板的制备需要单向处理,不可擦拭太过用力,否则会导致玻璃硅烷蒸发,造成聚丙烯酰胺凝胶脱落于测序版;制备测序板时,两种处理溶剂玻璃硅烷和亲和硅烷要戴不同手套处理,严谨敷料的交叉污染,避免聚丙烯酰胺凝胶撕裂;测序板上的残留聚丙烯酰胺不要用刀片刮去,以免划伤,用10%NaOH浸泡30 min后除去即可。(2)在凝胶制备过程中,需要溶解的尿素不可加热温度过高。如果确需加热则应等溶液完全冷却后,再可加入TEMED和过硫酸铵;灌制凝胶的过程中要方式微小气泡的产生,确保聚丙烯酰胺光滑无气泡,才可以保证测序结果的可靠性。
丙烯酰胺“突袭”洋快餐 篇4
认识丙烯酰胺
事实上，丙烯酰胺在人类漫长的烹饪史中一直存在，然而直到2002年瑞典科学家才在食物中发现它的踪迹，随后英国、挪威等多个国家的研究者均证实了这一结果。所以，这又是一个“吃了几千年都没事，结果还真有事”的典型案例。
丙烯酰胺是“还原糖”（如葡萄糖、果糖等）和某些氨基酸（主要是天冬氨酸）在油炸、烘焙和烤制过程中，通过“美拉德反应”产生的。美拉德反应是指食物颜色逐步变深并散发诱人香味的过程。
那么丙烯酰胺到底有什么危害呢？首先，丙烯酰胺是一种潜在致癌物，已经有确凿证据证明它能导致动物患癌，是否导致人类患癌目前还无定论，世界各国和国际组织均在关注和研究中。其次，丙烯酰胺可能有损神经系统、婴儿早期发育和男性生殖健康。某些特殊职业人群可能因为大剂量的摄入而造成神经损伤或其他健康损害，但对一般人而言靠日常饮食摄入是无法达到这么大的剂量的。
食物中丙烯酰胺的含量与食材的成分密切相关，比如咖啡、土豆、谷物等“高碳水化合物、低蛋白质”食材，在加工产生的过程中产生的丙烯酰胺比较多。这是食物的天然属性决定的，因此无论是肯德基还是麦当劳，都不可能做出“不含丙烯酰胺”的炸薯条。
温度是另一个重要的因素，丙烯酰胺在120℃以上的高温下生成，140℃～180℃产生的量最多。加热时间也发挥着重要作用，越是炸得脆、烤得干的食物，丙烯酰胺的含量通常也越高，例如炸薯片的丙烯酰胺含量约为炸薯条的2倍，硬面包则比软面包含量高。
食物的储存、加工方式也影响丙烯酰胺的生成。以土豆为例，根据美国食品药品监督管理局的研究，油炸土豆的丙烯酰胺含量超过了焙烤土豆制品，如果用微波炉烤制带皮的土豆则不产生丙烯酰胺。
家庭烹饪的薯条是否更健康？
对于食品企业来说，由于有良好的工艺控制，因此丙烯酰胺的含量其实是比较低的，家庭烹饪产生的丙烯酰胺可能更多。比如，某厂家的方便面饼是在130℃油温下炸2分钟，测得的丙烯酰胺含量约为每千克30微克。而媒体记者在街边小摊上买的油条大约是以220℃油温炸1分钟，丙烯酰胺达到每千克495微克。
更具可比性的是，一般在家庭中炸薯条时油温可达到190℃，需用时3分钟，实际测得丙烯酰胺含量达到每千克1110微克，是此次媒体报道数值的4倍左右。为什么快餐店的炸薯条丙烯酰胺含量更低呢？这是由于快餐企业的炸薯条在油温控制、油炸时间方面都有严格而精确的操作规范，因此丙烯酰胺比家庭烹饪的更少。
2002年来自瑞典的一份官方数据也可以作为参考：麦当劳炸薯条丙烯酰胺含量为每千克380微克，汉堡王为514微克。因此，欧盟认为在家炸薯条可能使丙烯酰胺的总摄入量增加80%。
哪些食品丙烯酰胺含量高？
很多高温处理的食物都会含有少量丙烯酰胺，但咖啡、油炸或烘焙的土豆是欧洲成年人丙烯酰胺的主要摄入来源，而儿童摄入的丙烯酰胺有一半来自炸薯条。东方人的饮食习惯有所不同，根据香港食物安全中心的估计，当地人摄入的丙烯酰胺约45%来自炒菜。这主要缘于爆炒的烹饪方式，比如爆炒西葫芦的丙烯酰胺含量可以达到每千克360微克，比炸薯条还高。由于大陆地区的居民也喜欢煎炒烹炸，因此摄入来源应该与香港的状况差不多。
我们到底吃了多少丙烯酰胺？
世界卫生组织估计平均每人每天会摄入丙烯酰胺20～30微克。不同国家消费者摄入的丙烯酰胺虽然来源有所不同，但其实也相差不多，东方人的摄入量比西方人稍低。
在健康影响方面，以最敏感的实验动物的数据和人的平均数据做比较，大约有200～300倍左右的安全系数。国际权威组织联合食品添加剂专家委员会（JECF）据此认为，应对其潜在致癌性给予关注，因为对于潜在致癌物，这个安全系数还不够高，而其他可能的副作用则可以忽略，仅建议采取合理的措施来降低食品中丙烯酰胺的含量。
目前世界各国尚未制定食品中的丙烯酰胺限量，但大家都在努力减少食品中的丙烯酰胺。比如国际食品法典委员会、美国、欧盟等均为工业界提供了降低食品中丙烯酰胺的操作指南。欧盟提出了一个参考值用于督促和指导企业降低丙烯酰胺含量（对于炸薯条是每千克600微克）。
事实上，丙烯酰胺不可能从膳食中完全消失，综合世界各国政府给消费者的建议，其实主要有两方面：
一是从烹饪方式上，多蒸煮炖、少煎炸烤。不要温度过高或加热时间太长，但应保证烧熟煮透，以避免食源性疾病。蔬菜在爆炒之前焯水有助于减少丙烯酰胺生成。
二是从饮食习惯上，提倡平衡膳食，减少油炸和高脂肪食品的摄入，多吃水果和蔬菜。只要做到这一点，不仅可以减少丙烯酰胺摄入，连反式脂肪酸等有害物质都可以同时避免了。
【责任编辑】张小萌
聚丙烯酰胺装置预研磨螺杆改造 篇5
聚合物一厂聚丙烯酰胺三车间为原1.3万吨抗盐聚合物装置。2002年12月开工投产, 设计产能1.3万吨/年。车间共设两条生产线, 共有动设备93台, 静设备68台, 设备国产化率95%以上。开工8年以来, 经历了三次大型检修, 较大的技术改造十余项。由于车间生产的聚合物分子量为3500万以上新产品, 产品较以往分子量更大粘度更高, 对设备的使用要求更大苛刻, 车间设备又以国产化为主, 且在生产过程中设备负荷较大, 造成设备的长周期运转很难保证。因此车间的设备改进方向是:在现有的设备条件下, 增加设备的运行周期, 缩短故障维修费用和时间, 减少设备故障而造成对生产线的影响。
二、预研磨的工作现状
车间每条生产线有两台预研磨, 主要作用是负责聚合反应后的物料存放并负责向下一工序输送物料。设备主要结构包括:预切割螺杆六根, 供料螺杆、计量螺杆各一根, 传动方式为链传动。在聚合反应之后, 物料在压缩风的作用下, 从上压到预研磨中, 预切割螺杆的作用是将物料初步切割推到料箱的出料端, 在预切割的过程中, 预切割螺杆也起到初步研磨物料的作用。
三、改造原因
由于生产过程中聚合工序直接为后续工序提供物料, 而预研磨又是聚合工序中的关键设备, 预研磨预切割螺杆的维修直接影响着后续生产的速度, 生产线只能低负荷运转, 经过对预研磨维修时间与产量的统计, 我们可以清楚的看到水解的进料时间明显加长, 结合实际生产工艺要求, 每台水解机一次进料为3500kg, 两台预研磨进料的时间为一小时正负5分钟, 要比一台预研磨快10到15分钟, 而每3000kg的水解进料就会出大约1000kg的成品量, 而每次预研磨螺杆轴承和轴端固定法兰的维修时间最少也要3、4个小时, 如需更换螺杆则时间更长, 根据这些数据我们可以计算, 由于螺杆的维修造成产量减少大约为每个小时减少190~230kg, 我们的生产线的影响还是非常大的。由于预切割螺杆的自重和摆放的位置, 造成维修难度大, 维修时间长, 因此, 如何减少预研磨预切割螺杆的维修, 增加运行周期成为了保证平稳生产的关键。
四、改造方案
改造方案1:轴端固定法兰的改造
在2010年经过研究发现, 轴端固定法兰磨损严重主要是因为在轴转动的过程中, 轴线在径向的偏移导致磨损严重, 轴越磨越细, 达到一定的间隙后, 预研磨中的物料就易进入轴和固定法兰之间, 这样更加剧了轴间磨损, 最后导致更换螺杆和固定法兰。为了解决这个问题, 轴承座外缘厚度由14mm增厚至22mm车间技术人员在轴端固定法兰加上了四氟防磨密封圈, 在轴转动的过程中, 接触的是四氟圈, 四氟圈还可以防止预研磨能物料进入固定法兰, 减少磨损。
改造方案2:轴承的改造
轴承的改造经历了两次, 原来的轴承是滚珠式的, 在轴线沿径向偏移的过程中, 轴越磨越细, 时间长了滚珠会丢失, 导致轴的磨损严重震动声音加大, 最后只能更换螺杆和轴承, 维修困难影响生产, 为了解决滚珠丢失问题, 经过研究, 在原有轴80mm直径不变的情况下, 车间从原来的螺杆轴承改造成了向心短圆柱滚子轴承22216, 从材质上看, 轴承座材质从原来的灰口铸铁改造成了轴承座材质Q235铸钢。
这个改造很好的解决了滚珠式轴承在轴线偏移过程中因为严重磨损导致滚珠的因素, 经过长时间的使用和统计, 螺杆在维修周期上从原来的平均114.3天提高到了189天, 可以说这个改造对生产效率的提高是显著的, 但对改造后损坏螺杆进一步研究发现, 轴的偏移磨损还是很严重, 还有轴跟螺杆连接间断裂的痕迹。为了解决这些问题, 螺杆轴跟轴承在今年大检修期间经过了进一步的改造, 在原有螺杆直径80mm的基础上增加到了90mm, 这样轴跟螺杆的焊接面增大, 相应的强度也增大了, 螺杆轴的长度也加长了, 在轴承密封方面, 采用轴承内环外侧密封为四氟石墨盘根密封, 这样由于物料进入轴承加剧磨损的情况就没有了, 而在最关键的轴承改造上, 从22216向心短圆柱滚子轴承轴承改造成了现在的22318调心转子短圆柱轴承。
为了生产上的需要在以后日子里会有很多地方在技术上需要改进, 根据一线预研磨B螺杆的改造试验, 我们可以将思维迁移至缓冲料箱螺杆, 缓冲料箱的维修时间就是造成停线的时间, 但由于设备的长运转周期, 故障频发, 维修时间长, 维修周期短, 直接制约着车间的产量。
因此在实际我们技术人员要本着不断创新的思想, 在实际生产的第一线接收锻炼, 因为这里的技术改造和创新是最贴近生产的, 也是最能检验创新成果的。经过一年多的学习和工作, 我得到了很多的锻炼, 让我从学生向一名大庆炼化公司的合格员工的转变上跨出了坚实的一步, 回想自己这一年多的经历与收获, 我深深的感到这些心得与体会对于我今后的发展是一笔宝贵的人生财富, 在生产中所学的知识也会对我以后的工作打下坚实的基础。我将以公司的经营理念为坐标, 从车间的实际生产出发, 努力钻研勇于创新, 将自己的知识背景和车间的具体环境相互融合, 利用自己精力充沛、接受能力强的优势努力学习业务知识和领先技术, 为车间的发展尽我绵薄之力, 为聚合物工程的壮大做贡献。
摘要：聚合物一厂聚丙烯酰胺三车间共有预研磨四台, 其中每台预研磨有预切割螺杆六根, 在实际生产过程中由于装置物料的特殊性, 螺杆在转动的过程中, 来自于物料的反作用力很大, 导致轴承磨损严重, 故障率频繁。现对螺杆转动轴承和轴端固定法兰进行改造实验, 以其在满足生产要求的前提下, 降低螺杆维修时间和费用, 增加螺杆运行周期。
聚丙烯酰胺的合成及其应用现状 篇6
关键词：聚丙烯酰胺,合成,应用现状
聚丙烯酰胺是一种线性水溶性高分子化合物,基本物质在多数有机溶剂中都不相溶,有非常良好的絮凝性质,能有效的降低液体之间的相应摩擦阻力,并且按照基础的离子特性可以划分为四种基本的类型,其中包括非离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺以及两性型聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺呈现的是白色粉末态,基础密度是1.32g/cm3,玻璃化温度是185摄氏度,而软化温度是210摄氏度,不仅有良好的絮凝性和粘合性,相应的降阻性和增稠性也比较好,相关研究项目就是利用聚丙烯酰胺这四种特性运行的。
1 聚丙烯酰胺的合成概述
1.1 水溶液合成措施
目前,在我国聚丙烯酰胺的合成技术中应用的比较广泛的就是水溶液聚合方式,利用的就是基础的丙烯酰胺单体以及引发剂在水中溶解,从而发生的基础聚合反应,在这样的技术操作过程中,聚丙烯酰胺的成品呈现出的是胶装和粉状两种形式,基本的胶体质量分数控制在8%`10%[1]。另外,也可以利用丙烯酰胺进行基础制备,将丙烯酰胺配成浓度为20%`30%的水溶液后,集中去除其中的氧成分,然后添加引发剂和助剂,利用丙烯酰胺自身聚合发出的热量,进行有效的自升温绝热聚合,生成聚丙烯酰胺。这样的措施不仅整体项目安全,而且整体工艺设备也比较简单,相对产生的污染较小,但是整体制备含量不高。
1.2 乳液合成措施
在实际的乳液合成项目中,主要利用的是正相乳液聚合措施以及反相乳液聚合措施。在利用反相乳液聚合措施时,能制备出相应的阴离子型聚丙烯酰胺,相应的制备药品包括乳化剂、亚硫酸氢钠以及过氧化物,建立相对独立的氧化还原机制,能得到粘度在12dl/g的聚丙烯酰胺产物。利用反相乳液聚合措施生产的聚丙烯酰胺与水溶液聚合产生的聚丙烯酰胺相比,也具有一定的优势,整体的胶乳溶解速度更快,并且残余的单体较少,相对的聚合反应粘度比较小,更加的宜于散热,能进行有效的大规模生产,但是在实际项目运行过程中,由于反应过程需要大量的有机溶剂,就会耗费大量的生产成本[2]。
1.3 反向悬浮合成措施
反向悬浮聚合法技术是发展比较快的项目,不仅整体工艺的基础成本比较低,而且整体工艺操作非常的便捷,更加的宜于工业化生产,相较于水溶液聚合法生产的反向悬浮具有更好的溶解性。并且,制备的基础粒径会控制在0.1μm~1000μm之间,基础的聚合物分离、洗涤以及干燥工序都非常便于操作,并且产生的聚丙烯酰胺酸碱性和耐溶剂性能都非常的不错。由于适当的增加有机溶剂能形成更加优质的聚丙烯酰胺,因此,许多领域内也开始运用加大有机溶剂的措施,这样会产生一定的成本增加。
1.4 新型合成措施
主要利用的就是光引发聚合、热引发聚合、泡沫引发聚合以及辐射引发聚合等。还有一种措施是利用物理交联模式制备尺寸可控的聚丙烯酰胺微凝胶,另外,还会利用丁基烯酸酯、苯乙烯以及丙烯酰胺单体进行相应的聚合反应,不需添加任何化学引发剂,不仅缩短了实际的反应时间,也能得到较为优质的聚丙烯酰胺单分散微球。
2 聚丙烯酰胺的应用现状分析
在技术和经济进步的当下,聚丙烯酰胺的应用范围越来越广,不仅仅局限在一定的项目发展区域内,美国和西欧更多的将聚丙烯酰胺技术运用于水处理中,我国则研发了更多的利用价值,其中包括:基础的石油开采、水处理项目、造纸工艺、冶金和洗煤工艺等[3]。具体的项目见表一:
相关的研究人员还在不断的研发技术的创新结构,目前技术已经达到了各个领域的发展要求,不仅整体项目的项目收益比较客观,在基础的节约能耗措施的建立方面也有了显著的提升。
3 结语
总而言之,聚丙烯酰胺合成技术需要相关研究人员继续深入的探索,不断研发新型的合成措施,以项目的良性发展为根本目标,建立优化的项目运行方式,集中力度关注相应项目的管理和升级,进一步优化应用路径以及研究价值,真正助力聚丙烯酰胺项目的可持续发展。
参考文献
[1]张红光,杨秦敏,卢建刚等.基于近红外光谱和最小二乘支持向量机的聚丙烯酰胺类型鉴别[J].光谱学与光谱分析,2014,28(04):972-976.
[2]白杰,李春萍,王珊等.一种新颖方法制备的金纳米粒子/聚丙烯酰胺复合纳米纤维[J].稀有金属材料与工程,2013,42(03):474-477.
疏水性聚丙烯酰胺的合成实验研究 篇7
疏水缔合水溶性聚合物(简称HAWSP)是一类亲水主链上带有少量疏水集团的水溶性高分子材料,其分子链上所带疏水集团含量较低,一般不超过2%摩尔分数。这类聚合物由于疏水缔合作用形成的空间网状结构受无机盐影响小,抗温能力强,增大了聚合物的流体力学体积,使溶液粘度显著提高[2]。疏水缔合聚丙烯酰胺(简称HAPAM)是HAWSP中研究较多的一种,一般是通过化学改性,在聚丙烯酰胺链段上引入适当的疏水基团而得到的。HAPAM具有特殊流变性,能在一定程度上克服HPAM耐温耐盐性差和易剪切降解的缺陷[3]。本文以司盘80(Span80)、丙烯酸和丙烯酰胺为原料,结合均相共聚法和表面活性大单体法两种方法合成疏水性聚丙烯酰胺,并研究了时间、引发剂浓度、溶剂配比、大单体含量和温度对疏水聚合物粘度和分子量的影响,进而得到比较合适的实验条件。
1 实验部分
1.1 主要试剂和仪器
司盘80(Span80)、丙烯酸、丙烯酰胺、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇等。
电磁搅拌器(JJ-1)、电子天平(BS210S)、电热恒温干燥箱(202-1A型)、真空干燥箱(XMTD-8222)、超级恒温油浴锅(HH-S)、氮气瓶、石油产品运动粘度测定仪(WSY-03)、红外光谱仪、旋转式粘度计(NDJ-1型)以及实验室常用的一些仪器。
1.2 实验方法
1.2.1 疏水单体的合成
疏水单体用Span 80与丙烯酸直接酯化法合成。在250m L干燥的三口烧瓶中加入14.144g Span 80、丙烯酸2.16g、0.06g阻聚剂对苯二酚、1.33g对甲苯磺酸和30m L甲苯,搅拌均匀后放入油浴锅中缓慢升温至100℃,放上分水器,继续升温至115℃后开始计时,反应5h后停止反应。化学反应式为式(1):
1.2.2 疏水单体产物后处理
将反应产物趁热过滤,用1%的氢氧化钠溶液洗涤到水相p H值约为6后,再用饱和氯化钠溶液洗涤到水相p H值约为7左右,油相用无水硫酸镁干燥过夜,过滤分出油相,减压蒸馏除去溶剂即可。
1.2.3 疏水聚合物的合成
将丙烯酰胺和表面活性大单体分别加入三口烧瓶中,后加入混合溶剂(DMF/水),通氮气除氧0.5h后,加入引发剂,将三口烧瓶放入油浴锅中缓慢升温至某温度,反应一段时间后取出。反应装置图见图1。
1.超级恒温油浴锅2.双口塞(内有温度计和通氮气管)3.铁架台4.磁力电动机5.搅拌杆6.三口烧瓶7.冷凝管
1.2.4 疏水聚合物的后处理
测得反应物的粘度后,用过量甲醇(疏水聚合物的8倍)沉淀疏水聚丙烯酰胺,然后用无水乙醇对粗产品进行抽提,除去粗产品中的部分甲醇和未反应的Span 80,最后放入真空干燥箱中减压干燥,除去产品里含有的甲醇和乙醇。
将处理后的产物配成质量分数为0.1%的溶液,参照GB/T 1632.1-2008在(30±0.1)℃利用乌氏粘度计(内径0.55mm,溶剂流出时间大于100s,未做动能项校正)测定特性粘度[η]。具体测量步骤如下:
(1)试样溶液的配制:在250mL容量瓶中称入0.25g产品,产品称重准确至0.0001g,加入约100mL蒸馏水,经常摇动容量瓶,待试样充分溶解后,用移液管准确加入100mL浓度为2.50mol·L-1的氯化钠溶液,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,放入(30±0.1)℃水浴中。
(2)一点法测定溶液特性粘度:如图2,在非稀释性粘度计的管2、管3的管口接上乳胶管。将粘度计垂直固定在恒温水浴中,水面应高过缓冲球2cm。用移液管吸取10m L试样溶液,由管1加入粘度计,应使移液管口对准管1的中心,避免溶液挂在管壁上。待溶液自然留下后,静止10s,用洗耳球将最后一滴吹入粘度计。恒温10min。紧闭管3上的乳胶管,慢慢用洗耳球将溶液抽入球6,待液面升至球4一半时,取下洗耳球,放开管2上的乳胶管,让溶液自由下落。当液面下降至刻线5时,启动秒表,至刻线7时,停止秒表,记录时间。启动和停止秒表的时刻,应是溶液弯月面的最低点与刻线相切的瞬间,观察时应平视。按此法重复测定3次,各次流经时间的差值应不超过0.2s。取3次测定结果的算术平均值为该溶液的流经时间t。洗净粘度计,干燥后,在其中加入浓度为1.00mol·L-1的氯化钠溶液10m L。恒温10min后,按上述步骤测得流经时间t′。
1.注液管2.测量毛细管3.气悬管4.缓冲球5.上刻线6.定量球7.下刻线
分子量按式(2)计算:
2 实验结果与讨论
2.1 产物的谱图分析
将表面活性大单体Span80-AA与原料Span80的红外谱图相比,Span80-AA的红外谱图中3470cm-1附近的醇O-H伸缩振动峰比例发生收缩,且1640cm-1附近出现的C=C键伸缩振动峰增强。由此可以判断,Span80与丙烯酸发生了反应,生成了丙烯酰化的Span80。将合成的疏水性聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的红外谱图对比,疏水性聚丙烯酰胺的红外谱图中,2850cm-1附近出现了-CH3基伸缩振动峰,且3000cm-1~3500cm-1附近出现的O-H键和N-H键伸缩振动峰增强。由此可判断,表面活性大单体与丙烯酰胺共聚得到了疏水性聚丙烯酰胺。
2.2 共聚反应条件对疏水聚丙烯酰胺性能的影响
本实验分别考察了时间、引发剂浓度、溶剂配比、大单体含量和温度对疏水聚合物性能的影响。
2.2.1 聚合时间对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的
影响
本实验做了时间分别为4、6、8、10、12h对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响,实验结果见表1。
注:聚合温度为60℃;引发剂用量为0.03g;引发剂占总反应物质量分数为0.50%;总单体占总反应物摩尔分数为1%。溶剂(共100mL)配比DMF/H2O=1/9
由表1可知,随着聚合反应时间的增长,疏水聚丙烯酰胺的粘度和分子量均先增加后减小。疏水单体与丙烯酰胺在引发剂作用下聚合一段时间后,溶液的搅拌对溶液聚合起主导作用,搅拌速度快,剪切速度增大会破坏聚合物间的缠结作用,所以黏度下降,而且当溶液受到的剪切速率增加时,原已渗透到大分子内部的内含溶剂(束缚的溶剂分子),在剪切作用下被迫挤出,无规线团尺寸减小,更多的自由溶剂分布在无规线团之间,从而使产品分子内的酰胺基更多地与水分子作用而使大分子变得柔顺,流体力学体积和粘度也变小[4]。另外随着时间的延长,会产生其他副反应,影响主要产品的生成。考虑到溶液聚合速度与剪切速度两者的影响,通过实验可以得到比较合适的聚合时间为6h。
2.2.2 引发剂浓度对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响
本实验做了引发剂浓度分别占总质量的0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响,实验结果见表2。
注:聚合时间为6 h;聚合温度为60℃;总单体占总反应物摩尔分数为1%。溶剂(共100m L)配比DMF/H2O=1/9
由表2可知,随着引发剂浓度的增加,疏水聚丙烯酰胺的粘度和分子量均先增加后减小。引发剂引发疏水聚丙烯酰胺的聚合机理为:(1)引发剂在水相中分解而产生初始自由基;(2)初始自由基在水相中引发聚合,生成低度聚合物自由基;(3)初始自由基及低度聚合物自由基在水相中扩散到胶粒子或单体珠滴中;(4)在乳胶子中引发聚合而生成大分子,再使乳粒子不断长大。引发剂浓度超过一定数值后,其浓度越大,在一定温度下,分解产生的自由基越多,合成的聚合物分子量越小,溶液粘度下降。综合考虑,得到比较合适的引发剂浓度为0.5%。
2.2.3 溶剂配比对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响
本实验做了溶剂配比(DMF/H2O)分别为1/19、1/9、2/8、3/7、5/5(当溶剂配比为5/5时反应物出现分层现象,类似于沉降聚合法,所以终止做溶剂配比为7/3,9/1对疏水聚合物性能的影响)时对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响,实验结果见表3。
注:聚合时间为6 h;聚合温度为60℃;引发剂占总反应物质量分数为0.50%;总单体占总反应物摩尔分数为1%
由表3可以看出,随着溶剂配比的增大,疏水聚丙烯酰胺的粘度和分子量均先增加后减小。由于表面活性大单体不溶于水,因此本实验采用混合溶剂,DMF是分子间没有氢键形成的分子量最小的酰胺,聚合物在水中更容易生成网状聚合物,但当DMF量太小时不易发生聚合反应。由实验可得出较适合的溶剂配比为DMF/H2O=1/9。
2.2.4 大单体含量对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响
本实验做了大单体含量占总反应物摩尔分数分别为0.5%、1%、2%、3%、4%对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响,实验结果见表4。
注:聚合时间为6 h;聚合温度为60℃;引发剂占总反应物质量分数为0.50%;溶剂(共100m L)配比DMF/H2O=1/9
由表4可以看出,随着大单体含量的增加,疏水聚丙烯酰胺的粘度和分子量均先增大后减小。聚合物粘度和相对分子质量与疏水单体的含量存在着矛盾,粘度和相对分子质量大则疏水基团含量必然减少,有研究者发现,要形成分子间缔合,必须当疏水单体相对分子质量大于某一临界值才可能发生,低于该值时,不论聚合物的浓度是多少,都不会有分子间缔合的发生。由该实验可得出比较合适的大单体含量为1%。
2.2.5 聚合温度对疏水聚聚丙烯酰胺粘度和分子量
的影响
本实验做了温度分别为30、40、50、60、70℃时对疏水聚丙烯酰胺粘度和分子量的影响,实验结果见表5。
注:聚合时间为6 h;引发剂占总反应物质量分数为0.50%;总单体占总反应物摩尔分数为1%;溶剂(共100m L)配比DMF/H2O=1/9
由表5可以看出,随着温度的增加,疏水聚丙烯酰胺的粘度和分子量均先增加后减小。引发剂分解温度为50~55℃左右,温度越高,引发剂分解越快,产生的自由基越多,使得到的聚合物粘度下降,分子量减小。温度升高还使得聚合物溶液分子的热运动增强,破坏分子间的缔合,从而使分子间疏水缔合作用减弱,聚合物部分分解,最终导致粘度下降,分子量减小。由实验可得出比较合适的温度为60℃。
3 结论
(1)本文通过研究时间、引发剂浓度、溶剂配比、大单体含量和温度对疏水聚合物粘度和分子量的影响,总结出合成疏水聚丙烯酰胺的比较合适的实验条件为:合成时间为6h,引发剂浓度为0.5%,溶剂配比(DMF/H2O,总量100m L)为1/9,大单体含量为1%,反应温度为60℃。
(2)在上述实验条件下合成的疏水聚丙烯酰胺的粘度为6430m Pa·s,分子量为1.26×106;而相同条件下,合成的聚丙烯酰胺其粘度为950m Pa·s,分子量为0.64×106;由此可见,疏水聚丙烯酰胺比聚丙烯酰胺具有更好的增粘性,其分子量也有显著提高。
参考文献
[1]王云芳,孔瑛,辛伟,等.N,N-二丁基丙烯酰胺及其共聚物的合成[J].高分子材料科学与工程,2004,20(6):106-112.
[2]于志纲,贾朝霞,任兆刚.疏水缔合水溶性聚合物的研究新进展[J].西南石油学院学报,2005,22(6):1001-5620.
[3]韩利娟,叶仲斌,陈洪,等.疏水缔合聚丙烯酰胺的自组装行为[J].西南石油学院学报,2006,28(4):71-74.
聚丙烯酰胺对水生生物的毒性研究 篇8
1材料与方法
1.1受试生物
实验藻类为斜生栅藻, 藻种在通过高压灭菌后的容器中进行转接培养使藻类同步生长, 经过5-6天的扩大培养后进行浓缩收集藻液。将收集的藻液放在500 m L的烧杯中, 加入150 m L的实验液。实验条件为常温, 光照强度5000 lx, 光暗比12 h:12 h, 藻类密度104/m L, 培养基1/2f[2]。
实验滤食性浮游动物为大型蚤, 将孵化后小于24 h的幼蚤放在500 m L的烧杯中, 加入200 m L的实验液, 实验所用的自来水需要暴晒去氯。实验条件为温度25C°, 光照强度5000 LX, 光暗比14 h:10 h[3]。
实验鱼类为斑马鱼, 选用体长约为25 mm的斑马鱼, 将斑马鱼放在鱼缸内驯养6 d左右, 鱼缸水温常温。
1.2实验药剂
丙烯酸及丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯均为化学纯级别。根据试验的要求配制10 000 mg/L母液备用, 试验当天进行稀释配成不同浓度的标液。
1.3毒性试验
丙烯酸对藻类的浓度为10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、80 mg/L、100 mg/L;对大型蚤的浓度为10 mg/L、40mg/L、100 mg/L、150mg/L、300 mg/L、400 mg/L;丙烯酸及丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯对斑马鱼浓度为2.0 mg/L、4.0 mg/L、8 mg/L、16 mg/L、48 mg/L、60 mg/L。没有加标液的作为空白对照, 做3个平行试样。将这些不同浓度的标准物质对这些生物进行培养, 从而得到哪种浓度对这些水生生物具有急性毒性。
1.4实验数据的计算方法[4]
2结果
2.1藻类生长抑制毒性作用
聚丙烯酰胺溶液达到浓度为61.5±10.6 mg/L时, 对斜生栅藻产生明显的抑制效果, 斜生栅藻在丙烯酸溶液中受到毒性的影响, 细胞颜色变浅色素分解, 游动能力减弱游泳能力丧失, 最终导致细胞死亡。具体结果见表1。
2.2对大型蚤的毒性作用
聚丙烯酰胺溶液达到浓度为127.3+15.6 mg/L时, 对大型蚤起到明显的抑制作用, 其主要表现为游泳能力减弱。具体结果见表1。
2.3对斑马鱼急性毒性作用
聚丙烯酰胺溶液达到浓度为15.4+4.7 mg/L时, 对斑马鱼起到明显的抑制作用, 斑马鱼的鳃部逐渐充血变黑, 游泳能力明显下降, 中毒严重的鱼开始失去平衡无法正常游动, 最终导致死亡。具体结果见表1。通过研究丙烯酸酯类物质对斑马鱼的急性毒性的研究, 可知丙烯酸甲酯浓度为14.8+2.1 mg/L、丙烯酸乙酯浓度为15.79+2.2 mg/L、丙烯酸丙酯浓度为18.5+2.7 mg/L, 斑马鱼就会出现异常现象。
3讨论
使用丙烯酸及丙烯酸酯类物质分别对不同水生生物进行实验中表明, PAM浓度的升高其急性毒性对藻类、大型蚤、斑马鱼等生物都有明显的生理影响, 毒性对藻类的细胞造成了破坏和损伤, 在浓度达到一定水平时导致藻类死亡;对大型蚤也造成了明显的毒性损伤, 导致其游动能力减弱失去游泳能力;PAM浓度升高的过程中对斑马鱼的影响较为显著, 斑马鱼的鳃有明显充血的现象, 最终会造成斑马鱼无法游动甚至死亡。由于试验条件的限制, 本研究只是对藻类的斜生栅藻, 而浮游生物中的大型蚤, 鱼类中的斑马鱼进行了研究。
PAM在水中溶解后产生的丙烯酸、丙烯酸酯类物质会对水生物产生毒性作用[5], 所以如果自然环境中的水系统遭到PAM的污染, 水生物就会受到毒性影响, 通过生物链对整个生态系统造成影响, 最终会使人类生活受到影响。所有使用PAM的行业都应加强控制尤其是造纸、石油等生产环节, 同时也希望能够通过实验结果警示人们安全使用PAM。
参考文献
[1]王朝晖, 尹伊伟, 陈善文等.丙烯酸及丙烯酯对水生生物的急性毒性[J].暨南大学学报, 2012, 23 (5) :75-80.
[2]曹秀明, 谢佳宁, 万晓峰.聚丙烯酰胺对斑马鱼的急性毒性、亚急性毒性的研究[J].Conference on Environmental Pollution and Public Health, 2012, 16 (7) :795-798.
[3]麦慧, 朱格非, 张驰等.聚丙烯酰胺凝胶对SD大鼠肝肾及皮下组织毒性作用的实验研究[J].博硕论坛, 2013, 6 (1) :18-21.
[4]鲁开化, 周智, 曹景敏.医用聚丙烯酰胺水凝胶国内基础研究评析[J].中国美容医学, 2011, 10 (1) :54-57.
高分子聚丙烯酰胺 篇9
关键词：聚丙烯酰胺,物理特性,溶解速率
1 引言
丙烯酰胺类聚合物是指丙烯酰胺的均聚物及丙烯酰胺与其他单体形成的共聚物。这类聚合物是线型水溶性聚合物, 是油田中应用最为广泛的水溶性聚合物品种之一, 其中最具有代表性的产品是聚丙烯酰胺及其水解产物。随着油田开发进入后期, 提高采收率技术成为油田可持续发展的重要措施之一, 聚丙烯酰胺的生产、性能和应用研究越来越收到人们的关注。
2 聚丙烯酰胺的物理特性
在室温条件下, 固体状态的聚丙烯酰胺是一种坚硬的玻璃状态的聚合物, 具有不同形状 (随着制造方法而变化) , 如用冷冻方法制得的聚丙烯酰胺是白色的、松散的、非晶体固体;玻璃状态的固体聚丙烯酰胺是由溶液沉析后干燥得到的;半透明、硬脆的薄片聚丙烯酰胺是在玻璃板上浇筑干燥制得的。
3 聚丙烯酰胺的溶解特点、速溶问题以及改进措施
聚丙烯酰胺具有两个溶解特性:第一个是只有水才能作为聚丙烯酰胺的溶剂;第二个是具有较长的溶解时间。
3.1 聚丙烯酰胺的溶剂
在聚丙烯酰胺分子链上每一个结构单元皆有一个酰氨侧基, 酰氨基是亲水大的极性基团, 根据溶剂化原理和溶液的相似相溶原理, 表明聚丙烯酰胺只能溶解在水中和极少数集中含氮化合物和含羟基化合物的有机溶剂中。根据大量的实验研究, 聚丙烯酰胺最好的溶剂是水, 可以和水以任一比例混合。聚丙烯酰胺溶解在水中是吸热过程, 与许多水溶性聚合物不同, 是因为酰氨基与水分子之间的作用极强, 在含水量时, 聚丙烯酰胺与水形成络合体;具有低于零摄氏度的上临界溶解度, 外推法得到的聚丙烯酰胺—水体系的温度约为零下40摄氏度, 没有临界溶解温度。但是在氮原子上引入疏水侧基的聚异丙基丙烯酰胺的水溶液侧有上临界溶解温度, 32.5℃, 在上临界溶解温度以下溶解, 而在上临界溶剂温度以上则不溶解。聚丙烯酰胺不溶于大多数有机溶剂, 在聚丙烯酰胺的水溶液中加入大量的与水互溶的有机溶剂 (如无水甲醇或丙酮) 时, 会使聚丙烯酰胺从水溶液中沉析出来。
3.2 聚丙烯酰胺的溶解速率
聚丙烯酰胺的溶解过程与典型的高聚物一样呈现先溶胀后溶解的现象。但对于聚丙烯酰胺, 其溶解时间远高于一般聚合物, 有的甚至高达几个星期。因此商品聚丙烯酰胺的溶解速率成为一项重要的技术指标。现在, 许多研究人员一直致力于速溶产品的开发和研究。聚丙烯酰胺的溶解速率与其分子量、分子的几何结构、溶解温度、产品的剂型、搅拌和投料方式、离子度等因素有关。
溶解速率随化学交联程度的增大和分子量的增加而减慢, 整体交联将使聚丙烯酰胺只溶胀不溶解。在粉末产品的制造过程中, 长的干燥时间和高的干燥温度会使部分产品轻度交联和支化, 如果加长溶解时间甚至出现部分不溶物。溶解时间的长短随着产品剂型的不同而有所差异, 一般情况下水溶胶型的20-120m i n, 水分散型的5-10m i n, 粉末型的20-120min, 乳液型的3-5min。固体粉末的聚丙烯酰胺通常比水溶胶型的易溶, 前者与水的接触面积大, 且溶解速率随颗粒直径的减小而以2.5次方的关系增大;疏松的固体粉末聚丙烯酰胺比密实的易溶解。溶解粉末产品的投料方式十分重要, 正确的投料方式是将粉末逐渐投入到水中而搅拌, 以防止聚丙烯酰胺结团, 一旦聚丙烯酰胺结团就会延长聚丙烯酰胺的溶解时间。聚丙烯酰胺具有强烈的吸水性, 粉末产品还极易吸潮或遇水结团, 因此必须防止聚丙烯酰胺结团。
溶剂温度和搅拌速率的提高有利于分子扩散, 从而提高聚丙烯酰胺溶解速率。但较高的溶解温度和强烈的搅拌会使聚丙烯酰胺降解, 性能降低。这对水溶胶型和粉末型的产品比较显著。
有些情况使用混合溶剂较为有利, 如聚丙烯酰胺均聚物在6mol/L尿素水溶液中比在纯水中溶解快, 因尿素能破坏聚丙烯酰胺分子链上的氢键。
以上溶解速率的影响因素都涉及到两个主要因素:第一个是分子的扩散速率。物质的溶解过程是溶剂分子和溶质分子互相扩散和渗透的过程, 因此溶剂和溶质分子的运动能力时决定溶解时间的重要因素。由于溶剂小分子和溶质大分子在分子尺寸上十分悬殊, 分子量1440万的聚丙烯酰胺分子体积比水分子大20倍。因此两者的扩散速率相差十分悬殊。在溶解的初期实际上只有水分子向聚丙烯酰胺的单方面扩散, 聚丙烯酰胺分子不可能向水的方向扩散、所以先溶胀是溶解的必经阶段。因此分子的集合结构、搅拌、溶解温度和分子量等因素对聚丙烯酰胺的溶解时间有影响;第二点是氢键和缠结。在聚丙烯酰胺的分子链内和分子链间, 酰胺侧基间能形成氢键。氢键时最强的分子间作用力, 高分子量的聚丙烯酰胺分子链上存在大量的氢键。这样大的长径比的分子链必然要卷曲, 他们集中在一起也必然要缠结在一起。因此, 要使聚丙烯酰胺快速溶解需要依靠溶剂水分子的快速渗入和攻击, 将氢键竭力和分子链解缠结。
4 结论
加快聚丙烯酰胺溶解的主要技术途径是从合成方面开始的, 主要采取3个措施。第一个是选择适宜的聚合工艺和条件, 以减少交联和支链;引入更亲的离子型结构单元或适量的其他单体共聚改性, 以减少聚丙烯酰胺链上酰氨基及其氢键的数量;第二个在制造过程中加入适量的能与酰氨基产生氢键的低分子物质, 以减少聚丙烯酰胺链间氢键数量;混入致孔剂、遇水时这些低分子物质很快向水中扩散溶解, 形成有利于水分子向聚丙烯酰胺方向低渗透扩散的通道;加入亲水性的表面活性剂即所谓渗透剂, 聚丙烯酰胺颗粒与水接触后在表面形成水膜, 降低水的表面张力, 促进水向颗粒内的扩散和聚合物的溶解;第三个是改变产品剂型, 采用反相乳液聚合法生产反相乳液产品或水分散聚合法生产所谓水包水乳液。这两种产品的分散相实际上是高浓度的聚合物溶液, 分散离子尺寸很小, 溶解时不需要经过溶胀阶段只是浓溶液的稀释, 它们可直接在管道的输送过程中溶解。此外, 也有用物理的方法对粉末状产品进行后处理制造反相的分散悬浮液。
参考文献
[1]哈润华, 刘庆普等.丙烯酰胺聚合物[M].北京:化工工业出版社, 1989.[1]哈润华, 刘庆普等.丙烯酰胺聚合物[M].北京:化工工业出版社, 1989.