聚丙烯酸/丙烯酰胺（精选12篇）
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇1
大气环境中的湿度是影响我军武器装备完好的一个重要因素,由于湿度大,很多武器装备在储存和运输过程中,会出现金属的锈蚀、材料的老化、霉变等现象[1],因此降低武器装备储存环境的湿度是装备保障工作中非常重要的事情。
高吸湿性树脂(HMAR)材料是一种带有强亲水基团,具有空间网络结构的功能高分子材料,具有优异的吸湿性能[2]。聚丙烯酸类树脂具有超强的吸水性能,国内外对其吸水性能研究较多[3],但对其吸湿性能的相关研究较少。本研究采用水溶液聚合法,通过添加丙烯酰胺对其进行改性,得到了一种凝胶强度较好的高吸湿性树脂材料。
1 实验部分
1.1 主要试剂及实验设备
丙烯酸(AA),工业级;丙烯酰胺(AM)、过硫酸钾、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、氢氧化钠等均为分析纯。79-1型磁力加热搅拌器,江苏荣华仪器制造有限公司;FC204型电子天平,上海精密科学仪器有限公司;DZF-6050型真空干燥箱,上海林频仪器设备有限公司;TPJ-20型温湿度记录仪,杭州托普仪器有限公司。
1.2 高吸湿性树脂的制备
1.2.1 制备方法
本产品的制备采用水溶液聚合法,在磁力搅拌条件下,用NaOH水溶液中和滴定丙烯酸(AA)溶液至一定中和度,加入定量丙烯酰胺(AM)继续搅拌至完全溶解。将混合溶液置于70℃烘箱中加热1h,然后在70℃条件下,加入定量的交联剂(N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)和引发剂(过硫酸钾)进行聚合与交联反应,反应5h,然后在100℃条件下干燥,干燥后将其粉碎、过筛即得产品。
1.2.2 制备工艺流程
产品的制备工艺流程见图1所示。
1.3 正交实验设计
为了得到影响产品性能的因素,本方法利用正交设计进行实验,选取了其中5个主要因素,依次为A(单体浓度,即单体占溶液总质量的百分比,%)、B(单体配比,即mAA∶mAM)、C(中和度,%)、D(交联剂用量,即与单体的质量百分比,%)、E(引发剂用量,即与单体的质量百分比,%)。按5因素4个水平安排实验,水平因素确定见表1。选用L8(27)表确定实验方案,实验方案及结果见表2。
1.4 树脂吸湿性能的测试方法
准确称取一定量样品均匀平铺于直径10cm的培养皿上,培养皿和温湿度记录仪置于一密闭干燥器内的隔板上,干燥器置于30℃的环境中,底部为适量的蒸馏水以保持相对湿度为100%,定期取出样品称重,当质量不再变化时即达到吸湿平衡。产品吸湿量按下式计算:
式中:Q为样品的吸湿倍率,g/g;m1为样品干燥时的质量,g;m2为样品吸湿后的质量,g。
2 实验结果与讨论
2.1 树脂吸湿性能正交试验结果
树脂吸湿性能正交试验结果见表2。
根据表2中各因素在不同水平下所得实验结果,考察各因素对性能指标的影响分析,见表3。
注:Ki表示吸湿量i水平实验结果总和的平均值;R表示吸湿量各影响因素的极差
由表3的极差分析结果可以看出,影响产品吸湿量的因素主次顺序为:B>C>A>E>D,得到了最佳工艺条件为:A3B1C4D3E1。按照最佳工艺条件进行实验,得到产品的吸湿量为2.29g/g,较正交实验中吸湿倍率高,与实验结果相符。
2.2 单体配比对吸湿性能的影响
交联聚丙烯酸/丙烯酰胺树脂对气态水分子的吸附能力主要依靠的是-COOH、-COONa和-CONH2基团的相互协同作用[4]。如图2所示。在离子型树脂中引入少量的非离子性亲水基团-CONH2,使亲水基团多样化,同时可降低网络结构的规整度,从而导致吸湿能力略有提高。但随着丙烯酰胺用量进一步增大,-CONH2亲水性不如-COONa的特性就会明显表现出来,从而导致倍率显著下降。但丙烯酰胺的加入有利于树脂吸湿后凝胶强度的的提高,当mAA∶mAM=3∶1以后可得到较为理想的凝胶强度。综合考虑吸湿倍率与凝胶强度两个因素,其最佳质量比为mAA∶mAM=3∶1。
(中和度为80%;单体浓度为30%;交联剂为0.02%;引发剂为0.025%)
2.3 单体浓度对吸湿性能的影响
单体浓度的变化主要影响反应的散热情况和聚合物分子量的大小,也影响生产效率和后干燥处理。由图3可知,单体浓度最佳为20%,此时吸湿倍率最高。单体浓度较低时,聚合速率慢,聚合物分子量小,交联的空间网络结构较为疏松,有利于水分子在树脂内的扩散与溶胀,导致吸湿能力较强。但单体浓度过低,难以形成聚合凝胶,生产效率低,同时也给后面干燥工序增加负担。单体浓度过高时,由于聚合过程中散热困难,易引起爆聚,产生大量酸酐副交联,而使吸湿量较低。
(中和度为80%;mAA∶mAM=3∶1;交联剂为0.02%;引发剂为0.025%)
2.4 中和度对吸湿性能的影响
丙烯酸的中和度不仅直接影响该反应的共聚活性,还对聚合物链上亲水基团的作用效果有重要影响[4,5]。中和度高低直接决定了高分子链上-COOH、-COONa基团的比例。在酸性条件下分子链上的羧基难电离及水合,因此,AA必须部分中和成盐后得到的高聚物分子链之间才能产生静电斥力,使产物具有较高的吸湿倍率。中和度增加可以使网络中具有更多离子化的羧酸根,网络链上羧酸根阴离子的增多有利于链的展开,而且不同链之间的斥力也增强,因此聚合网络的扩展推动力增加,吸湿能力随中和度的增加而增加,在中和度为95%时吸湿倍率达到最大为2.57g/g(如图3所示)。但随着中和度的增加,存在于聚合网络的钠离子数目也随着同步增加,钠离子对羧酸根阴离子的屏蔽效应便逐渐体现出来了,使得中和度达到95%以后吸湿倍率逐渐下降。
(单体浓度为30%;mAA∶mAM=3∶1;交联剂为0.02%;引发剂为0.025%)
3 结论
(1)采用水溶液聚合法,以丙烯酸和丙烯酰胺为原料,以过硫酸钾作引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂制备了聚丙烯酸/丙烯酰胺高吸湿性树脂,运用正交设计试验方法,得到了影响产品吸湿量的因素,其影响因素的排列次序为:中和度、mAA∶mAM、单体的浓度、引发剂用量、交联剂用量。
(2)通过对其主要影响因素的分析,得到了最佳的工艺配比条件为:mAA∶mAM为3∶1,中和度为95%,单体的质量百分数为20%。
(3)该树脂吸湿倍率可达2.57g/g,生产工艺简单,原料价廉,具有一定的生产使用价值,可广泛应用于我军武器装备和民用产品的防潮包装中。
摘要：运用正交设计实验法,研究了以丙烯酸和丙烯酰胺为原料,以过硫酸钾作引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂制备聚丙烯酸/丙烯酰胺高吸湿性树脂的方法和其工艺过程,得到了影响产品吸湿量的主次因素。通过单因素分析研究了AA与AM的质量配比、中和度、单体浓度对树脂吸湿倍率的影响。在100%RH、30℃下,该树脂吸湿倍率可达2.57g/g,可广泛应用于武器装备和民用产品的防潮包装中。
关键词：丙烯酸,丙烯酰胺,高吸湿性树脂,制备工艺,吸湿性能
参考文献
[1]李华.防腐包装与武器装备[J].包装工程,1993,14(2):77-80.
[2]Osafune-cho R N.Moisture-absorbing and Desorbing Polymerand Compositions[P].US 6429265,2002-08-06.
[3]贾振宇,崔英德,黎新明,尹国强.聚丙烯酸钠高吸水性树脂的改性研究进展[J].化工进展,2004,23(5):468-471.
[4]崔英德,黎新明,尹国强.绿色高吸水树脂[M].北京:化学工业出版社,2008,35-36,84.
[5]陈雪萍,朱耕宇,翁志学.聚丙烯酸钠高吸水性树脂的结构表征[J].化工新型材料,2004,32(7):23-25.
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇2
丙烯酸涂料特性：
1、使涂层的耐候性、保光性更优，保色性好。
2、耐候性能优。将中外公认的耐候树脂丙烯酸作主要成膜剂，并用耐候性、防腐性均优的氯磺化聚乙烯橡胶作主要改性剂，
3、装饰性能强。涂层丰满，平整光亮、耐磨擦、易去污、耐冲击，色彩多样，美观悦目。
4、防腐性能优。涂层的耐化学药品性、耐水性、耐碱性、耐盐性、耐海水性、耐油性、抗老化性能优异。
5、施工方便，常温固化。涂层既可在5～40℃条件下固化成膜，也可在60～80℃条件下烘烤30分钟成膜，对金属、水泥表面、砖石、木材、塑料制品均有良好附着力。
丙烯酸涂料用途：适用于汽车、船舶、机械设备、矿山、采掘、冶金、化工、家具、仪器仪表、建筑内外墙、地坪、金属制品、户外广告、护栏等金属、非金属表面的防腐涂装。
丙烯酸涂料的施工工艺
丙烯酸涂料是在传统的丙烯酸树脂基础上，加入中外公认的长寿型氯磺化聚乙烯橡胶、耐候颜填料、耐候添加剂等经先进工艺制备而成的单组分自干性耐候防腐涂料。底漆为A型，中涂漆为B型，面漆为C型，清漆为D型，铝粉漆为E型。其施工工艺如下。
流程：清理基层→底面防水层→细部附加层→涂刷中间防水层→铺贴增强层→涂刷中间层防水层→涂刷表面防水层→防水层第一次蓄水试验→保护层、饰面施工→第二次蓄水试验→工程质量验收。
1、被涂物表面必须无氧化皮，铁锈，油污等。
2、刷涂、空气喷涂、滚涂均可。
3、底材温度须高于露点3℃以上，当底材温度低于5℃时，漆膜不固化，故不宜施工。
4、推荐膜厚：60-80um。
5、涂装过程中必须不断搅拌，以免沉淀。
丙烯酸涂料的选购技巧及注意事项
关键是要环保。
现在家庭装修污染很大，VOC、CAC、苯、甲苯、甲醛、重金属等有害物质都会对身体健康造成严重伤害。引发生殖系统、心脑血管、呼吸系统等方面疾玻严重的会造成白血并癌症。所以环保是选丙烯酸涂料的第一关键。所以看丙烯酸涂料哪个牌子好就是在买丙烯酸涂料时一定要看是否有国家化学建筑材料测试中心的检测报告。对比查看各项检测指标，指标数值越低的丙烯酸涂料，环保性能越好，对家人健康才有保障。
在选取丙烯酸涂料哪个牌子好的时候首先要认准3C标志。近年来，由于建材市场良莠不齐，部分丙烯酸涂料中的苯、二甲苯等有害物质严重超标，对人身体造成威胁，有关装修建材质量的投诉也屡见不鲜，为此，国家从去年开始对溶剂型木器涂料、瓷质砖和混凝土防冻剂等3种建材实施了强制性3C认证，规定未获得3C认证的上述3类建材不允许生产和销售。
看包装和生产日期。
消费者在选购丙烯酸涂料时，应仔细查看包装，看有没有泄漏现象，由于丙烯酸涂料具有较大的挥发性能，所以就要求产品的包装必须密封良好。如果出现金属包装锈蚀迹象，说明密封性能不好或产品存放时间过长，购买时就要慎重对待了称重。正规厂家生产的丙烯酸涂料包装上标明的净含量是指去掉包装物体的丙烯酸涂料纯重，例如包装桶重5公斤，包装净含量为20公斤的话，丙烯酸涂料在称重之后，总重量应该是25公斤。
要参考价钱。
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇3
【摘 要】将过硫酸铵-亚硫酸氢钠与2，2-偶氮（2-脒基丙烷）二氢氯化物（V-50）组成的复合引发体系用于丙烯酰胺（AM）与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）聚合，制备了高分子质量的阳离子聚丙烯酰胺。探讨了单体质量分数、引发剂用量、pH等因素对聚合物特性黏数的影响。得到的最佳反应条件为：单体最佳质量分数为35%，引发剂用量为整个体系质量的0.02%，V-50为单体质量的0.005%，最佳pH为5.5～6.5，反应时间为5～6h。特性黏数η达到13.95dL/g。
【关键词】阳离子聚丙烯酰胺；复合引发体系；絮凝剂
阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种效果良好的污水处理用高分子絮凝剂[1]。在国外，阳离子有机高分子絮凝剂的产量占絮凝剂总量的60%，而我国阳离子有机高分子絮凝剂的产量只占合成絮凝剂的6%，而且在生产品质、产品质量、生产工艺、生产规模上与国外相比都有很大的差距[2，3]。我国现有的阳离子聚丙烯酰胺大多数都是通过Mannich反应改性制得，该合成工艺存在未反应的原料多、毒性大、阳离子度低、稳定性差、有效期短等缺点。而通过水溶液共聚合成的阳离子聚丙烯酰胺，具有分子质量高、阳离子度高和稳定性好的优点。因此通过共聚合成阳离子聚丙烯酰胺成为水处理絮凝剂的发展方向[4，5]。笔者将2，2-偶氮（2-脒基丙烷）二氢氯化物（V-50）与氧化还原引发剂过硫酸铵-亚硫酸氢钠组成的复合引发体系应用于丙烯酰胺和阳离子单体的水溶液聚合，制备了超高分子质量的阳离子聚丙烯酰胺，并讨论了各种因素对特性黏数的影响。
1.实验部分
1.1原料与试剂
丙烯酰胺（AM），工业级，日本三井公司；二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC），工业级，武汉市富化公司；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC），工业级，无锡新宇化工；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC），工业级，上海攀峰化工厂；V-50，化学纯，上海广创景进出口有限公司；过硫酸铵、亚硫酸氢钠等均为分析纯。
1.2合成方法
將AM、阳离子单体（DMDAAC、DMC 或DAC）、去离子水按比例加入烧杯中搅拌溶解，加入尿素、络合剂、链增长剂，调pH，转入塑料柱中，通高纯氮气驱氧20min后，分别加V-50、过硫酸铵、亚硫酸氢钠，继续通氮除氧5min后密封，进行聚合反应，反应2h后升温至60℃保温聚合5～6h后，得到透明状聚合物。
1.3性能检测
按照GB12005.1-1989用乌氏黏度计测定产物的特性黏数；按照GB12005.2-1989测定产物的固含量。
2.结果与讨论
采用过硫酸铵-亚硫酸氢钠与V-50组成的复合引发体系用于AM与阳离子单体的聚合， 影响聚合反应的因素主要有阳离子单体种类、单体浓度、引发剂量、pH等，下面分别对各种因素进行讨论。
2.1阳离子单体的选择
在AM与阳离子单体的共聚合中，由于阳离子单体的种类不同，产品的相对分子质量和性能有很大差别。在固定AM 与阳离子单体的质量比为1∶1，混合单体质量分数为35%，引发温度为20℃，聚合时间为5h的条件下，将DMDAAC、DMC、DAC与AM分别共聚，所得聚合物的特性黏数分别为5.32、8.02、10.57dL/g。3种单体中，DAC具有诱导期短、聚合快、共聚物相对分子质量高等特点，故选择DAC作为共聚物的阳离子单体。
2.2单体浓度的影响
固定引发剂量和pH，混合单体的浓度对聚合物特性黏数的影响结果如图1所示。
实验表明，当单体质量分数超过25%时，反应迅速，聚合物的特性黏数逐渐增大，当单体质量分数达到35%时，聚合物的特性黏数达到最大；当单体质量分数超过40%时，聚合物特性黏数开始迅速下降，这是因为单体浓度过高，增加了单体与自由基反应的几率，加快了引发速度，使得聚合反应放出的热来不及散发，进一步促进了反应速度的加快，发生类似暴聚的反应并形成凝胶，产物溶解性下降，特性黏数也下降。因而合适的单体质量分数约为35%。
2.3氧化还原引发剂的影响
固定其他条件，改变氧化还原引发剂量，考察其对CPAM特性黏数的影响，结果见图2。
由图2可看出，引发剂用量对特性黏数的影响很大，引发剂用量少，聚合物的特性黏数大，但引发剂的用量也不能太少。当引发剂用量太少时，反应体系中的引发剂浓度很低，链引发反应很难进行，甚至会发生笼蔽效应。引发剂用量太多时，产物的特性黏数又逐渐下降。这是由于引发剂浓度过高时，生成的自由基较多，因而反应速度过快，反应温度太高，聚合物无法生成大分子链。同时由于反应活性中心的增加，也加快了副反应的速度。因此，通过合理地控制引发剂量，可以获得不同分子质量的聚合物。实验最佳引发剂用量为整个体系质量分数的0.02%左右。
2.4 V-50的影响
固定单体浓度和氧化还原引发剂量，仅改变V-50投加量，其对聚合物特性黏数的影响见图3。
由图3可知，CPAM 特性黏数随着V-50量的增加先增后减。这是因为随着丙烯酰胺聚合反应的进行，自由基不断减少，反应体系的温度不断升高，氧化还原引发体系将难于继续引发残余丙烯酰胺单体与阳离子单体的聚合，造成产物中残余单体量过高，而偶氮类引发剂V-50却可以在高温下继续引发，来弥补后期自由基数量的减少，从而提高聚合物分子质量。但当V-50引发剂量过大时，反应后期自由基生成得太多，造成了后期反应自加速太快，温度上升过高，增大了链终止反应速度，从而导致聚合物特性黏数的下降。本实验V-50最佳加入质量分数为混合单体的0.005%。
2.5 pH的影响
在聚合反应过程中，体系的pH 不仅影响反应的动力学，还影响高分子的结构，其对特性黏数的影响见图4。
从图4可以看出，pH对聚合物特性黏数的影响很大。随着pH的增加，聚合物的特性黏数逐渐增加，当pH达到5.5～6.5时，聚合物的特性黏数达到最大。随着pH的继续增加，聚合物的特性黏数逐渐下降。
3.结论
阳离子单体DAC活性明显优于DMDAAC和DMC。采用复合引发体系，通过水溶液共聚法合成高分子阳离子聚丙烯酰胺的最佳反应条件为：单体最佳质量分数为35%，引发剂质量分数为整个体系的0.02%左右，V-50为单体质量分数的0.005%左右，最佳pH为5.5～6.5，反应时间为5～6h。特性黏数η达到13.95dL/g。 [科]
【参考文献】
[1]严瑞瑄.水处理剂应用手册[M].北京：化学工业出版社，2003：144.
[2]赵谨.国内有机高分子絮凝剂的开发及应用[J].工业水处理，2003，23（3）：9-12.
[3]严瑞瑄.聚丙烯酰胺发展现状[J].精细与专用化学品，2009，21（17）：30-33.
[4]Mallon R D.Cationic water-soluble polymer precipitation in salt solutions：US，6013708[P].2000-01-11.
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇4
汞广泛应用于化工、冶金、医疗器械、电子、医药、照明、颜料、农药、原子能等工业[1]。据报道,世界上约80余种工业产品需要以汞为原料[2],在全球范围仅汞在氯碱工业中的使用就达(24 000～30 000)t,而小型矿山每年也要消费(650～1 000)t汞[3]。生产过程将不可避免地向环境中排放含汞废水,这将对生态环境造成严重危害[4]。目前处理含汞废水(汞以离子态形式存在)的方法主要有化学絮凝沉淀法[5]、电解法[6]、离子交换法[7]、还原法[8]以及吸附法[9]等,其中吸附法是研究最多的方法,常用的吸附剂主要有黏土[10]、活性炭[11]、树脂[12]、分子筛[13]、生物吸附剂等[14]。
壳聚糖具有大量活性氨基、羰基和羟基[15],对人畜无害, 来源广泛,在含重金属废水处理方面具有广泛的应用前景。聚丙烯酸高分子是一类具吸水保水功能的高分子。关于丙烯酰胺改性壳聚糖-聚丙烯酸吸附材料的制备及应用尚未见报导。以戊二醛、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,通过水溶液自由基聚合反应,使丙烯酰胺改性壳聚糖与丙烯酸接枝共聚,合成壳聚糖接枝丙烯酰胺-聚丙烯酸Hg(II)吸附材料并研究了该吸附材料的吸附容量及其对Hg(II)吸附的影响因素。
1 实验部分
1.1仪器与试剂
DHG—9035A电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器公司);FJ—200均质搅拌器(上海分析仪器厂);壳聚糖(浙江金壳,工业品);丙烯酸、丙烯酰胺,化学纯;戊二醛、氯化汞、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。水为去离子水。
1.2吸附材料的制备
向定量丙烯酸中滴加10%氢氧化钠溶液至pH=6,待用;将摩尔比1∶1 的酸化壳聚糖溶液和丙烯酰胺置入烧杯,搅拌并升至一定温度后,氮气氛中滴加等物质量新配置的酸性戊二醛水溶液,水浴保温反应20分钟,并加入一定比例丙烯酸待用液,补充适量去离子水,搅拌均匀后,加入少量引发剂过硫酸铵及占总质量分数2%的交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,按5 ℃/min程序边搅拌边升温至75 ℃,恒温聚合反应至固化状态后,在110 ℃下烘干、研碎后得壳聚糖接枝丙烯酰胺-聚丙烯酸材料粉末。
1.3Hg(II)吸附率测定
称取一定量的氯化汞,用去离子水溶解配成不同质量浓度的Hg(II)溶液,用0.01 mol/L的氢氧化钠和0.01 mol/L的盐酸溶液调节至所需pH。移取100 mL Hg(II)溶液至烧杯中,放入0.5 g节1.2节制备的吸附材料并恒温搅拌,吸附一定时间后,用分光光度法测定滤液中剩余的Hg(II)浓度。Hg(II)吸附率及吸附量的计算按下式进行
式中C0,C1为吸附前后溶液中Hg(II)的浓度(mg/L);V为溶液体积(L);m为复合材料质量(g);A为吸附率(%);Q为吸附量(mg/g)。
2 结果与讨论
2.1丙烯酸用量对吸附性的影响
在20℃、pH=5时,分别向五份100 mL、浓度100 mg/L的Hg(II)溶液中加入丙烯酸添加量不同的吸附材料,按节1.3方法测定溶液中Hg(II)的剩余量,计算吸附材料对Hg(II)的吸附率及吸附量。结果如图1所示,随着原料中丙烯酸含量增加,吸附率与吸附量呈先增大后减小趋势,其中,当丙烯酸质量分数为25%时,材料的吸附能力最强,吸附率与吸附量分别为66.21%、7.16 mg/g。我们以此时的原料成分考察溶液pH值、Hg(II)浓度、吸附时间及温度等因素对材料吸附性能的影响。
2.2pH值对吸附性的影响
固定其他条件及原料中丙烯酸含量为25%,仅改变溶液的pH值,材料对Hg(II)的吸附性能与pH的关系曲线如图2所示。pH值的变化对材料吸附Hg(II)的能力影响很大,在pH=2～5范围内,Hg(II)的吸附率及吸附量呈迅速增大,由pH=2时的40.13%、4.79 mg/g增至pH=5时的66.21%、7.16 mg/g;pH=5～7范围内,吸附性能变化不大。推测其原因,在pH较小的酸性较强的溶液中,大量氨基、羟基与H+结合生成—NH3+、—OH2+,使其与金属离子生成配位键的能力减弱,主要表现为表面物理吸附,pH=2～5范围内,吸附率及吸附量较小;pH较大的弱酸性或中性条件时,—NH3+、—OH2+的数量降低,有利于其与金属离子Hg(II)生成配位键,主要表现为化学吸附,所以在pH=5～7范围内,吸附性能维持在较强状态并变化不大。后续实验中,选取Hg(II)溶液的pH值为5。
2.3离子浓度对吸附性的影响
在最优条件下,考察了Hg(II)溶液浓度对吸附性能的影响,其关系曲线如图3所示。由图3可知,随着Hg(II)浓度的增加,(0～120)mg/L范围内,吸附率逐渐增大,吸附容量也逐渐增加,当Hg(II)浓度为120 mg/L时,吸附率达到极值(68.88%),吸附效率最好。Hg(II)浓度超过140 mg/L,吸附容量变化不大,材料表现出最强吸附能力,Hg(II)浓度为140 mg/L时,吸附量为9.54 mg/g。
2.4吸附时间对吸附率的影响
固定其他条件及溶液中Hg(II)浓度为100 mg/L,绘制不同温度下时间与吸附率的关系曲线(图4)。
由图4可以看出,前50 min 吸附材料对Hg2+的吸附速度很快,但随着时间的继续增加吸附率的变化较小,逐渐趋于平衡。在200 min后,吸附率几乎不变。随着温度的升高,吸附率也逐渐增大,以吸附时间200 min为例,当温度由20℃升至30℃时,吸附率由66.21%增至72.00%,说明此吸附过程为吸热过程。
曾尝试建立Freundlich和Langmuir等温吸附模型以求解吸附等温式,但结果不令人满意,线性回归方程的R2值均小于0.95。推测其原因,Hg(II)及水分子的存在随着浓度、温度、时间的改变,或改变了含有大量—O—、—NC<基团的稳定性,进而改变吸附材料的吸附机制和吸附容量。
3 结论
(1) 在水溶液中,通过接枝共聚反应,以壳聚糖、丙烯酰胺和丙烯酸为原料,合成了一种壳聚糖接枝丙烯酰胺-聚丙烯酸Hg(II)吸附材料。丙烯酸质量分数为25%时,吸附材料具有最大吸附能力:最大吸附容量不小于9.54 mg/g。
(2) 探索出复合材料对Hg(II)溶液具有最大吸附效率时的吸附条件。pH=5、CHg(II)=100 mg/L,吸附时间为200 min时,此时在100 mL溶液中的吸附率为66.21%(20℃)、68.95%(25℃)、72.00%(30℃)。
摘要：以过硫酸铵为引发剂,戊二醛、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法使壳聚糖与丙烯酰胺、丙烯酸进行接枝共聚。制备了一种新型壳聚糖接枝丙烯酰胺-聚丙烯酸吸附材料并应用于Hg(Ⅱ)的吸附研究,考察了原料配比、pH、溶液浓度、吸附时间对吸附性能的影响。结果表明:丙烯酸质量分数为25%、pH=5、吸附时间为200 min时,复合材料表现出最佳吸附性能。
使用聚丙烯酰胺应注意哪些问题 篇5
聚丙烯酰胺的作用这里不作介绍，下面的内容我们从聚丙烯酰胺的搅伴时间、搅拌速度、投加浓度、投加顺度等几个方面再结合一些相关资料来了解一下使用过程中常见的几个问题，并作一个简单的介绍，在实际应用中会存在很多问题，具体问题具体分析。直入主题，先从聚丙烯酰胺溶液的搅拌时间和速度说起。
1.搅拌速度
在配制溶液时，一般采用机械搅拌，搅拌的速度对溶液的配制时间有较大的影响，所以必须严格控制机械搅拌速度。搅拌速度过大会引起聚丙烯酰胺溶液的降解，导致部分聚丙烯酰胺分子链断裂，影响其絮凝效果。一般直径在1米的搅拌罐内，转速不得大于800rpm，在直径1.5～2米的搅拌罐内，其转速不得大于600rpm，如果想加快溶解时间，可以提高搅伴溶液的温度，但要控制水温在60℃以下，否则也会影响其使用效果。
2.搅伴时间
在搅拌罐内的搅伴时间根据外界气温及现场环境的影响，存在许多不确定因素，正常的情况下为40~60分钟。
3.投加浓度
一般投加浓度以0.5%～1%为佳，配制浓度以2%为佳。聚丙烯酰胺溶液浓度过高会产生胶体保护现象，影响其用效果。浓度越稀，效果越好，较稀的投加浓度能使溶液在水中迅速扩展、充分混合，但浓度太稀会造成庞大的投加设备。所以根据现场设施调节。
4.投加顺序
在投药间设计时应考虑到投加顺序变化的措施，聚丙烯酰胺在作为助凝使用时，一般的投加顺序是在投加混凝剂之后。如单独作为处理高浊度水絮凝剂时，则应先投加聚丙烯酰胺絮凝剂，否则会影响使用效果。
5.分批投药
将投药量分成两部分分别投加于水中，先加入一部分絮凝剂后使之与水迅速混合，相隔1～2分钟后，再加入另一部分絮凝剂，再与水迅速混合。由于分批投药能避免过高的絮凝剂浓度与泥沙结合，造成活性基团被封闭的后果，因而可达到较佳的效果。分批投药的比例，一般先投加60%，然后再投加40%为佳。在给水工程设计时有条件情况下，应尽量采用分批投药的措施。分批投药的好处是：在处理高浊水时，分批投药比一次投药的絮凝效果更好。
另外在聚丙烯酰胺溶液的配制必须采用专用设备，严格防止与其他混凝剂共同使用，或在一投配池内共同投加，否则会使两种药剂产生共聚沉淀，不但影响其效果，而且容易堵塞投加设备。
双向拉伸聚丙烯薄膜工艺研究 篇6
关键词：膜 双向拉伸聚丙烯薄膜 生产工艺 结晶
1 膜和BOPP薄膜介绍
1.1 膜 所有的膜工艺过程的核心当然是膜本身，以及在膜上和膜中发生的据不传递过程。对于膜组件来说，还必须考虑常量沿工艺流程段的变化情况。在膜装置中要对膜组件进行组合连接，最后，在总工艺过程的情况下，就必须考虑膜装置与其他配套分离设施之间的最佳耦合浓度。从经济的观点来看，以下两个特性对于所有的膜过程都是至关重要的：
1.1.1 模的选择性，即将混合物中的组分分离开来的能力，例如，将醇和水分离开来，或者将盐离子和水分离开来。
1.1.2 模的效率，即在一定的操作条件下可达到的渗透物通量。
1.2 BOPP薄膜产品的分类和特性 BOPP薄膜在包装行业应用范围广，产品种类比较多。目前BOPP行业主要根据BOPP薄膜的用途和外观对它们进行分类。
1.2.1 普通印刷膜 普通印刷膜厚度在15-25μm之间，因为要使不同颜色的油墨印刷在聚丙烯薄膜的表面上。
1.2.2 防伪镭射膜 防伪镭射膜是近年来BOPP薄膜应用领域一个新的开拓。它是将BOPP薄膜经过压印机压印，使薄膜的折射率发生变化，从而使薄膜在光线照射下，映出防伪图案或防伪标志。
1.2.3 珠光膜 珠光膜是在BOPP薄膜生产中，在薄膜芯层添加一定比例的珠光母粒，拉伸而成。
1.2.4 电工膜 电工膜主要用于电子元器件的包装。电工膜的厚度非常薄，一般为4-10μm。
1.2.5 消光膜 消光膜具有良好的包装效果，在光线照射下，给人以柔和的视感，因而深受消费者的喜爱。
2 影响BOPP薄膜物理、力学性能的因素
2.1 原材料性能 工业化生产BOPP薄膜用主料的主要成分是PP。PP是一种典型的立体规整性聚合物，根据烃基在分子平面两侧的分布，可分为等规PP、间规PP和无规PP。研究表明，等规度越大，结晶速率越快，薄膜产品的屈服强度和表面硬度会明显增大，而无规PP在聚合物中起内部润滑剂的作用，并有利于聚合物定向，有助于改善薄膜的光学性能。实践证明，只有等规PP的质量分数为95%～97%，无规PP的质量分数为3%～5%的PP才适合生产BOPP薄膜，并且一般选用熔体流动速率为2～4g/10min的PP。另外，通过在PP薄膜的表面上共挤出一层或多层熔点较低的共聚物，可以扩大BOPP薄膜在包装工业中的应用范围。
2.2 纵、横向拉伸比 拉伸比是一个很重要的工艺参数，无论是纵向拉伸比，还是横向拉伸比，对BOPP薄膜的物理、力学性能都有重大的影响。在一定的温度下，拉伸比愈大，PP分子链的取向度愈大。即薄膜的力学强度提高、模量增大、断裂伸长率减小，冲击强度、耐折性增大，透气、光泽性变好。BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生在纵向拉伸和横向拉伸过程中，在经过纵向拉伸后，高分子链呈单轴纵向取向，大大提高了铸片的纵向力学性能，而横向性能劣化。进一步横向拉伸后，高分子链呈双轴取向状态。随着分子链取向度的提高，薄膜中伸直链段数目增多，折叠链段数目相应减少，晶片之间的连接链段逐渐增加，材料的密度和强度都相应提高，而断裂伸长率降低。因此双向拉伸可以综合改善PP薄膜的性能。
2.3 温度 拉伸各区的温度分布是影响BOPP薄膜拉伸取向、结晶的关键因素。温度是通过聚合物粘度和松弛时间的作用来影响取向过程的。温度升高，聚合物粘度降低，在恒定应力作用下，高弹形变和粘性形变都要增大，高弹形变增加有限，粘性形变发展却很快，有利于聚合物取向。
2.3.1 在高于粘流温度Tf或熔点（Tm）温度拉伸时，聚合物的大分子活动能力很强，在很小的外应力作用下就会引起分子链解缠、滑移和取向，然而在高温作用下，其分子的解取向速率也会加快，使有效取向度降低。
2.3.2 当温度逐渐升高到Tg以上时，聚合物具有弹性，热运动的能量克服了某些物理交联点的牵制，使链段产生运动，但整个分子链尚不能移动。
2.3.3 当在Tg以下拉伸时，外力只能引起分子链伸缩、振动和键角的微小改变。塑料薄膜的拉伸温度一般在Tg～Tm(或Tf)之间，具体温度根据聚合物的性能决定。
3 结晶
晶态结构是高聚物中三维有序的最规整的聚集态结构，结晶是BOPP生产加工过程中不可回避的问题，PP结晶的速度、结晶的完善程度、结晶的形态、晶体的大小等对生产工艺、薄膜性能都有非常重要的影响。
3.1 结晶对生产工艺调整的影响 均聚PP有α、β、γ、δ和拟六方共五种晶系，其中α晶系属单斜晶系，是最常见、最稳定的结晶。PP结晶贯穿着从熔体挤出到时效处理等BOPP生产的整个过程。为了提高成膜性，PP挤出时采用骤冷铸片，以控制结晶的生成，降低结晶度；在双向拉伸时要求结晶速度较慢，以利于拉伸取向，较早、较快的结晶和较大的结晶颗粒都有可能导致破膜；在横拉后热处理定型阶段，为了提高刚性和强度，要求产生并加速结晶。
3.2 结晶对BOPP性能的影响 薄膜中PP的结晶度和晶体尺寸对BOPP薄膜的机械力学性能和光学性能有重要影响。结晶度高则强度高，韧性差；晶体尺寸小而均匀，有利于提高薄膜的力学强度，耐磨性、耐热性，提高薄膜的透明度和表面光泽度。
从结晶的角度来看，要生产高质量的BOPP薄膜，应尽量减小PP晶体的尺寸，一般可以从两个方面考虑，其一，工艺调整，如各段的冷却速度、温度、拉伸比、拉伸速度等；其二是配方，如主料PP的选择、成核剂的使用等。
4 BOPP薄膜生产中常见的问题及解决办法
4.1 横向条纹
4.1.1 大间距横向条纹其产生原因主要有挤出熔体压力不稳、急冷辊转速或温度不均遇到此类情况，最好适当延长提速时间，待线速度稳定后，横向条纹自然消失。还有一种比较常见的情况，就是原料因素。在各项工艺条件控制较好，经多次调整无明显改善时，就要考虑更换原料。
4.1.2 小间距横向条纹小间距横向条纹在实际生产过程中并不常见，产生原因有4点：机头的角度不适宜、风刀角度或风量不适宜、机头附近气流影响、急冷辊转速不稳。可从这4个方面加以解决。
4.2 纵向条纹 在铸片过程中，有时会看到挤出铸片局部、固定位置处有连续纵向条纹。如果用这种铸片来生产BOPP薄膜，将导致薄膜横向厚度不均匀；收卷、分切薄膜外观出现明显的突起(暴筋)或纵向条纹。消除纵向条纹通常采取的措施有：①选用结构合理、质量好的模头，保证唇口光洁，不得有任何机械损伤。②加强熔体过滤。③及时清除唇口上的杂物，做好机头维护工作。④提高气刀吹风的均匀性。⑤合理控制挤出各段温度。⑥调整好机头相对急冷辊的位置。
4.3 出现气泡 如果熔体中夹带杂质，原料含水率过高，挤出温度过高，物料加热时间过长或者挤出机、过滤器中积存空气或降解物等情况时，铸片中就可能出现气泡。在正常生产过程中如果出现气泡，要仔细观察气泡形状、颜色等，分析产生原因并加以解决。
如何用好聚丙烯酰胺 篇7
1 质量选用指标
目前生产制造聚丙烯酰胺的厂家较多,但质量参差不齐。最近,从市场和选煤厂收集到14种聚丙烯酰胺样品,在相同条件下进行实验室煤泥水絮凝沉降试验,其中有代表性的数据列于表1。从中可以看出,不同样品的澄清效果差距明显,这与絮凝剂的质量有很大关系。影响聚丙烯酰胺絮凝效果的主要因素是其分子量大小和水解度。
试验条件:聚丙烯酰胺用量4g/m3;煤泥水浓度40g/L;沉降时间3min。
1.1 分子量
聚丙烯酰胺是线状结构的高分子絮凝剂,它依靠架桥作用将质量小、不易沉降的小颗粒絮凝成团,絮团质量远大于单个颗粒,致使煤泥水中颗粒的沉降速度成倍增加。架桥絮凝过程见图1。
1—由悬浮颗粒形成的分散体;2—开始架桥絮凝;3—絮团增大,开始沉降;4—沉降压缩
(1)聚丙烯酰胺一个链节的长度为2.5×10-4μm,当其分子量为600万时,长度达21μm。线性高分子的碳氢链越长,对有相当距离的微粒越能形成架桥作用,因此,选煤厂所用聚丙烯酰胺的分子量最好在600～1000万。尤其当煤泥水浓度低时,更应选择高分子量的聚丙烯酰胺。但如果分子量过大,其水溶性降低,形成的絮团可能过于蓬松,含水量大,影响后续的脱水回收作业。
(2)聚丙烯酰胺的溶解过程称为“溶胀”。首先是水分子向高分子絮凝剂内部扩散,使其膨胀,达到一定程度后,絮凝剂分子再向水中扩散,形成粘稠的水溶液。絮凝剂分子量越大,水溶液的粘度越大,扩散速度越慢,需要较长的时间才能充分溶解。
(3)聚丙烯酰胺的分子量是其质量的一项重要指标。按照GB17514-1998《水处理剂——聚丙烯酰胺》的标准,先用毛细管粘度计测定其水溶液的粘度,然后换算出分子量。在现场可通过观察聚丙烯酰胺溶解过程来定性判别:对分子量大的产品,需较长时间搅拌才能溶解,水溶液粘稠,用手接触提起后,时有“拉丝”现象;而一些伪劣产品,虽然从外观上不易辨别,但因其分子量小,并掺入了可溶性的盐类,所以溶解速度快且不发粘。
1.2 水解度
非离子型聚丙烯酰胺(缩写为PAM-N)的结构式为:
式中,n为高分子的链节数目,其值在几万至几十万之间。
阴离子型聚丙烯酰胺(缩写为PAM-A)的结构式为:
式中,n=x+y,水解度=y/n×100%。
非离子型聚丙烯酰胺与碱反应即可生成阴离子型聚丙烯酰胺,它是不完全的水解体,在一个高聚合的分子中间同时带有两个不同的官能团,羧酸钠(COONa)上的钠离子溶于水中后,羧基(COO-)呈负电荷。
不同水解度的阴离子型聚丙烯酰胺,由于其分子链上羧基(COO-)数量不同,导致电荷排斥力不等,使得线性分子伸展程度不同,图2所示为水溶液中不同水解度聚丙烯酰胺分子链的伸展情况。水解度为零的非离子型聚丙烯酰胺的官能团(酰胺基)为—CONH2,同时它带有少量的-,使它成为弱阳离子型,分子链节中的正电荷有较弱的排斥力,使其有所伸展(见图2a),因此具有一定的絮凝能力。水解度为10%左右的聚丙烯酰胺,其分子链中—COO-与—正负电荷相当,相互吸引,使分子链卷曲收缩(见图2b),导致絮凝能力大大降低。当水解度达到33%左右时,溶液中—COO-负电排斥远超过—的吸引,使分子链达到相当伸展程度(见图2c),此时具有良好的絮凝能力。当水解度继续增大,羧基达到67%时,由于负电排斥使分子链基本完全伸展(见图2d),按理其效果应该更好,但是由于线性分子带负电过多,与煤泥水中带负电的颗粒相互排斥,效果反而变坏。所以,选煤厂应使用阴离子型、水解度在33%左右的聚丙烯酰胺。水解度是聚丙烯酰胺的又一项重要质量指标,按照GB17514-1998用甲基橙-靛蓝二璜酸钠作为指示剂,用标准盐酸滴定溶液进行测量。
a—非离子型分子形状(水解度为0);b—水解度为10%的分子形状;c—水解度为33%的分子形状;d—水解度为67%的分子形状
根据国家标准,测定聚丙烯酰胺分子量、水解度所需的器具都比较简单,易于操作。有条件的生产单位,可以按此对购进的每批聚丙烯酰胺产品进行随机质量检测,如果条件不符,应及时进行实验室量筒絮凝沉降对比试验。针对伪劣产品充斥市场的情况,各选煤厂应有所警惕,采取必要的防范措施。
2 絮凝剂水溶液的制备、贮存和混合
2.1 稀释用水的浓度
为了使聚丙烯酰胺充分溶解,一般要配制浓度为0.1%～0.15%的水溶液。试验分析了稀释用水中悬浮物浓度对絮凝效果的影响(见图3)。当水中悬浮物浓度<200mg/L时,影响微弱,絮凝沉降的澄清水是清净的;当悬浮物浓度超过200mg/L时,大量的悬浮颗粒表面吸附了一定数量线性高分子,使得絮凝剂水溶液的絮凝效果明显恶化,澄清水质急剧变浊。由此可见,当选煤厂煤泥水深度澄清,循环水浓度<0.2g/L时,可以将其作为絮凝剂稀释用水;若循环水浓度较高,则会严重影响澄清效果,增加絮凝剂用量。在这种情况下,建议采用清净自来水作为稀释用水,此处补加水量小,不会影响全厂的洗水平衡。
2.2 贮存
聚丙烯酰胺在常温下比较稳定,高温、冰冻时易降解(分子链被切断),降低絮凝效果,故其水溶液的贮存温度应控制在2～55℃。
笔者在实验室研究了水溶液贮存天数对澄清水浓度的影响(见图4),从图中可以看出水溶液存放到第三天时,澄清水浓度已有增高的趋势,尤其是接触铁器的水溶液,絮凝澄清效果变差的情况更为明显。这是因为铁制贮存器与絮凝剂水溶液长时间接触,会有微量铁离子溶入液体,它们与聚丙烯酰胺的一CONH2官能团相互吸引而交联,形成立体状(见图5),从而降低了絮凝能力。因此,絮凝剂水溶液贮存的时间不宜超过2d,最好不用铁制贮存器,或在其内壁粘贴一层非金属内衬。
2.3 输送
选煤厂设计时,应确定将絮凝剂水溶液自流至澄清浓缩设备,不要用离心泵输送,这是因为高分子絮凝剂经高速旋转叶轮剪切后,分子链会被剪短,从而影响絮凝效果。若不得不用泵输送,应选用柱塞泵。
2.4 混合
絮凝剂水溶液与煤泥水进行充分混合很有必要,可用以下数字进行简要说明:设絮凝剂水溶液的浓度为0.05%,单位用量为1g(纯絮凝剂)/3 (煤泥水)。则每立方米煤泥水需添加2L絮凝m剂水溶液,二者混合比例为500:1,就纯絮凝剂而言,其混合比例为50万:1。
为了达到充分混合的目的,通过一系列试验研究了量筒翻转次数对澄清水浓度的影响,试验结果见表2和图6。由试验数据可以清楚地看到,量筒需翻转15次(混合时间18s),才能将絮凝剂的作用较充分的显示出来。但翻转次数过多,将破坏絮团,影响澄清效果,而絮团的强度与煤泥及絮凝剂性质有关,不同选煤厂的煤泥水与絮凝剂水溶液的混合程度可能有所区别。理想的情况是煤泥水进入澄清浓缩设备之前,不但与絮凝剂进行充分混合,而且能形成大量絮团,这样才能充分发挥设备的潜力。为此,应该做到以下几点:①适当延长水溶液添加点到浓缩机的距离;②根据具体情况,尽可能多设添加点;③减小入料溜槽(或入料管)的坡度,并相应增大其过水断面,延长混合时间。在许可的条件下,在入料溜槽底部逆水流方向垂直焊接若干块交错排列的带筛孔的隔板,使其产生涡流,达到充分混合的目的(见图7)。
注:煤泥水浓度:40g/L;絮凝剂用量:4g/m3;阴离子型聚丙烯酰胺分子量:1000万。
3 影响絮凝效果的因素
3.1 煤泥水的pH值
一般高分子絮凝剂不易受悬浮液pH值的影响,聚丙烯酰胺也是如此。不同pH值水样的絮凝沉降试验结果见表3和图8。从图表可以看出,在水样pH值为3～11的酸碱度范围内,按数理统计在95%的置信区澄清水浓度为74±2.2mg/L(去除试验测定误差)。这表明聚丙烯酰胺能在很宽的pH值范围内使用,我国多数选煤厂生产用水属中性水,少数厂呈酸性或碱性,选煤厂不必为此担忧。
3.2 煤泥水的温度
水体温度对絮凝沉降效果的影响非常明显,试验结果见表4。从表中可以看出,随着温度的升高,澄清水浓度大幅度降低,这是因为水温升高,水分子热运动加剧,促使絮凝剂分子分散并与颗粒粘附,加速架桥速度,增大了絮团;另外温度高使水的粘度降低,絮团沉降阻力减小。因此,选煤厂要根据温度影响絮凝效果的规律,随季节变换适当调整絮凝剂的添加量。
注:煤泥水浓度:40g/L;阴离子型聚丙烯酰胺分子量:1000万,用量4g/m3
注:煤泥水浓度:40g/L;阴离子型聚丙烯酰胺分子量:1000万,用量为4g/m3。
3.3 煤泥水的浓度
(1)在絮凝剂添加量相同的条件下,随着煤泥水浓度的增加,澄清水的浓度也随之增高(见表5、图9)。从图9可看出,对于本次试验粒度很细的煤泥,当煤泥水浓度在10～40g/L时,澄清水浓度增幅较平缓;而超过40g/L后,澄清水浓度大幅增加。
注:试验采用阴离子型聚丙烯酰胺,分子量1000万。
(2)在实际生产中絮凝剂添加量与进入浓缩机的煤泥水量及干煤量有关,因此要根据入料流量的多少和浓度的高低,及时调整絮凝剂添加量。
(3)在煤泥水浓度和絮凝剂添加量相同的条件下,粗粒煤泥的絮凝沉降效果较细粒煤泥好得多。
(4)当煤泥水浓度过高,甚至添加很多的絮凝剂也无济于事时,其原因有两个,一是絮凝剂分子链无法在高浓度煤泥水中充分伸展;二是即使有絮团产生,在严重干扰沉降的条件下,固体颗粒和絮团的沉降速度相当缓慢。实现良好絮凝澄清的先决条件是所沉降的煤泥能够及时回收,细泥不在煤泥水系统中循环积聚。
3.4 絮凝剂用量
为考察聚丙烯酰胺用量对絮凝效果的影响,在实验室进行了系列对比试验,试验结果见表6和图10。从图表中可看出,当聚丙烯酰胺用量从1g/m3增至3g/m3时,澄清水浓度急剧下降,絮凝效果改善明显。而后随着絮凝剂用量的增加,澄清水浓度减幅平缓。当絮凝剂用量超过20g/m3时,澄清水浓度反而上升。因此,选煤厂应从技术经济合理性角度考虑,絮凝剂的用量最好不超过5g/m3。
絮凝剂用量适当时,高分子吸附在颗粒表面,通过架桥作用,促进絮团形成(见图11A)。而当过量时,颗粒表面吸附太多的絮凝剂分子后,没有空余表面,达到过饱和状态,不再吸附其他絮凝剂分子,不但起不到架桥作用,反而相互排斥,促进了分子间的分散(见图11B)。
注:煤泥水样浓度:40g/L;阴离子型聚丙烯酰胺分子量:800万。
3.5 煤泥水的硬度
众多选煤厂因为生产用水中溶有的钙、镁离子少,水质较软,微细颗粒表面带有同性负电而相斥,稳定地悬浮在水中。这时必须添加凝聚剂,其溶解并电离的金属正离子可降低微细颗粒表面的电动电位,促使它们在分子作用力下,形成小凝块。这些小凝块质量小,沉降速度慢,又需要絮凝剂线状分子的架桥作用,形成质量大的絮团,加速其沉降。凝聚与絮凝协同作用示意图见图12。由此可见,添加絮凝剂、凝聚剂后在同一时段内产生协同效应,实现煤泥水澄清。
近年来,人们一直研究在大幅度减少絮凝剂用量的前提下实现煤泥水深度澄清。其机理是人为增加煤泥水中的钙、镁离子数量,提高水质硬度,从而大大强化凝聚—絮凝协同效应。实验室凝聚—絮凝试验结果见表7,从中可以看出,在絮凝剂用量相同的条件下,随着水质硬度提高,澄清水浓度急剧下降。
注:煤泥水浓度:40g/L;阴离子型聚丙烯酰胺分子量:1000万。
生产实践证明,以钙、镁离子类无机凝聚剂为主,高分子絮凝剂为辅的联合添加方式可大大节省药剂费用。聚丙烯酰胺一般约1.5万元/t。而钙、镁无机凝聚剂每吨单价仅几百元。据测算,两者联合添加的费用约为0.10元/t原煤,而单独添加聚丙烯酰胺的费用约为0.15元/t原煤。
对于实现洗水闭路循环的选煤厂,如果循环水中残留的聚丙烯酰胺过多,还可能产生以下情况:①煤粒表面粘附的絮凝剂分子达到过饱和状态,絮凝沉降效果急剧变坏;②煤泥在浮选机中无选择性絮凝,致使精煤灰分增高;③絮团发粘,若沉淀在斜管浓缩机的斜管上,因粘附不下滑,恶化工作效果,若粘附在浓缩机底流管道中,会发生堵塞现象;④絮团亲水性增加,影响后续脱水回收作业的工作效果。
4 单体丙烯酰胺的毒性
聚丙烯酰胺本身是无毒的,但聚合时所用的原料单体丙烯酰胺能使神经肌肉功能失调,对皮肤有刺激性。生产制造聚丙烯酰胺的过程中,单体丙烯酰胺不可能全部聚合,总会有极少量的残留。表8列出了国产聚丙烯酰胺对白鼠的毒性试验结果,从表中看出,随着单体丙烯酰胺含量增加,病变情况也随之加剧,故单体含量的多少也是聚丙烯酰胺的一项重要质量指标。
在GB17514-1998中,对聚丙烯酰胺中残留的单体丙烯酰胺含量作了明确规定(见表9)。其中,优等品是国际标准的指标,一等品是向国际标准接轨的过渡产品,合格品是在保证安全前提下,考虑到我国国情,要求必须达到的最低指标。
综上所述,建议选煤厂按照以人为本、建设和谐社会的基本国策,尽量选用优等品或一等品的聚丙烯酰胺。针对单体丙烯酰胺的特性,加强相关的劳动保护、防范措施,如操作人员使用乳胶手套,不得用手直接触摸聚丙烯酰胺及其水溶液等。若选煤厂用循环澄清水作为清扫水,要求职工餐前、班后必须洗手。
5 结语
(1)聚丙烯酰胺是一种广泛应用于选煤厂的絮凝剂。为了达到良好的絮凝效果和降低生产成本,必须使用分子量、水解度达标的产品。结合生产实际和影响絮凝沉降的因素,通过实验室试验,确定科学合理的水溶液制备和添加制度。
(2)聚丙烯酰胺是一种价格较贵的絮凝剂。建议采用以添加钙、镁离子型无机凝聚剂为主,絮凝剂为辅的煤泥水澄清技术,用提高水质硬度的方法来减少絮凝剂用量。这样,不但可节省费用,还能有效实现煤泥水深度澄清、清水选煤。
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇8
关键词：聚丙烯,共混改性,聚丙烯酸,阻垢
水资源紧缺已经成为全球大多数国家面临的一个重大难题,海水淡化和海水利用技术是解决水资源短缺的有效途径之一。但是在海水淡化处理中,由于钙和镁的碳酸盐形成矿物结垢,黏附在处理设备表面,造成管道堵塞,产能下降,严重影响了海水淡化效率。目前,工业上常用的阻垢方法是化学阻垢,即向水中加入某些阻垢剂防止结垢。该方法较其他方法具有易于操作、处理效果好的优点。许多化学药品和阻垢剂已被用于减轻结垢[1],这些阻垢剂一般是酸性物质,常用的有磷系阻垢剂如磷酸三钠、六偏磷酸钠、羟基乙叉二膦酸(HEDP)等。但水体中过量使用酸性阻垢剂会使水体酸化,对运输管道和设备等造成腐蚀。
国内外对阻垢防污材料的研究大多集中于阻垢防污涂料[2,3,4,5]以及材料改性[6,7]。通过改性开发良好的阻垢防污涂料尽管取得很好的阻垢效果,但是材料制备过程复杂,价格昂贵,有些防污阻垢涂料如含锌、锡的有机金属化合物防污涂料会造成环境污染[8,9]。在海水淡化产业中,金属、陶瓷等材料制成的传统处理设备及管道除了存在易腐蚀、易结垢等不足,还存在着易碎、能耗较高和效率低等缺点,而聚丙烯及其他塑料材料在很大程度上克服了这些缺点[10]。聚丙烯的改性方法有很多,聚丙烯共混改性法具有成本低廉、生产过程清洁、操作简单、生产周期短等优点,已经在工业上得到广泛研究、应用[11,12]。
本研究通过将低分子量聚丙烯酸(分子量800~1000)、增塑剂、分散剂和聚丙烯母粒一起熔融混炼、造粒、成型,制得1种成本低廉、对环境无毒无害且具有阻垢效果的聚丙烯酸/聚丙烯(PAA-PP)复合塑料,并对复合塑料的表面形貌、力学性能和阻垢性能进行表征测试。
1 实验材料与方法
1.1 主要原料及设备
聚丙烯母粒(PP),型号为T30S,中国石油化工股份有限公司天津分公司;聚丙烯酸(PAA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、氯化镁、氯化钙、氯化钾、氢氧化钾、钙-羧酸指示剂、碳酸氢钠均为分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;邻苯二甲酸二丁酯(DBP),分析纯,天津市光复科技发展有限公司;十八醇,分析纯,天津化学试剂有限公司。
D2040双螺杆挤出机;DQM-2L变频单行星式球磨机;S-4800场发射扫描电镜;CMT4204电子万能力学拉伸机;FA2004N精密电子天平;JR-2数显恒温水浴锅;R-30数显电动搅拌器。
1.2 制备及表征测试
1.2.1 PAA-PP复合塑料的制备
聚丙烯母粒(PP)在60℃温度下干燥6h,除去水分;聚丙烯酸(PAA)在70℃下干燥24h,用球磨机球磨粉碎至微米级粉末。将聚丙烯母粒与聚丙烯酸、增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)、润滑剂(十八醇)倒入高速混炼机共混,得到共混物,再将共混物倒入双向螺杆挤出机进行挤出、造粒、压片制得宽度约为100mm、厚度约为0.5mm的PAA-PP复合塑料。PAA-PP复合塑料的原料配方如表1所示。
1.2.2 PAA-PP复合塑料拉伸性能
采用CMT4204电子万能力学拉伸机测定PAA-PP复合塑料的力学性能。取出1.2.1 节中制备的PAA-PP复合塑料,每种试样分别剪取10 个10mm宽,150mm长的样条,用于拉伸实验。拉伸试样有效隔距(工作段)为100mm,拉伸速率为5mm/min。
1.2.3 PAA-PP复合塑料阻垢性能
用无水CaCl2和NaHCO3配制[Ca2+]=800mg/L(以CaCO3计)的高浓度硬水。阻垢实验装置如图1所示,剪取长度为20cm,宽度为1cm的试样放置于容量为1L的玻璃烧杯中,盖板上装有数显电动搅拌器,水银温度计,于恒温水浴锅中恒温水浴搅拌后取出烘干、称量,分别计算三组试样在单位面积上的增重量madh,madh由公式(1)来计算:
式中:madh为单位面积上的增重量(mg/cm2);mi为实验后试样的质量(g);m0为实验前试样的质量(g);a为试样在实验中的实际润湿长度(cm);b为试样在实验中的实际润湿宽度(cm)。
为考察流体流速与复合塑料结垢率的关系,本研究通过改变搅拌速率来模拟流体流速。实验选取水温为25℃,在各种不同搅拌速率下(0,50,100,200,300,400,500,600r/min)搅拌1h,测定不同搅拌速率下单位面积增重量madh。并且,选取madh值最大时对应的搅拌速率、水温25℃为条件,测定不同搅拌时间下的单位面积增重量madh。
根据以上实验结果,选取转速为200r/min、搅拌时间为2h,考察PAA-PP复合塑料在不同温度下(25,35,45,60,80,100℃)的阻垢效果。为更直观表示PAA-PP复合塑料的阻垢率,用去离子水分别将烘干后的三组试样上的碳酸钙垢洗涤数次后再用0.1mol/L的稀盐酸充分溶解,以络合滴定法滴定Ca2+离子溶度,以不含PAA的1#试样为空白对照试样,测定PAA-PP复合塑料阻垢率。 阻垢率如式(2)所示。
式中:η为PAA-PP复合塑料的阻垢率;c0为不含PAA的1#试样Ca2+离子溶度(mg/L);ci为含PAA的复合塑料Ca2+离子溶度(mg/L)。
2 结果与分析
2.1 PAA-PP复合塑料的表面形貌
图2为3种不同试样的表面扫描电镜图。由图2可以看出,加入PAA的复合塑料表面有典型的胞状结构,而未加入PAA的聚丙烯塑料表面没有这种结构。并且PAA加入量不同,胞粒数量和分布规律也不相同,3#试样的胞粒较多、胞状结构分布较为均匀,而2#试样胞料较少,因为PAA加入量较小。
(a)1#;(b)2#;(c)3#(a)1#;(b)2#;(c)3#
2.2 PAA-PP复合塑料的力学性能
图3为PAA-PP复合塑料的应力-应变曲线。由图3可知,纯PP塑料和PAA-PP复合塑料的力学延伸性能良好。材料的应力和伸长量随着PAA含量的增加而减小,1#,2#,3#试样的最大伸长量分别为9.4,8.8,8.1mm,较之不含PAA的1#试样,2#,3#试样的断裂伸长率分别减小了6.38%和13.83%。
2.3 PAA-PP复合塑料的阻垢性能
为考察流体流速与复合塑料结垢率的关系,通过改变搅拌速率来模拟流体流速。 实验选取水温为25℃,在各种不同搅拌速率下(0,50,100,200,300,400,500,600r/min)搅拌1h。如图4所示,3种试样随转速变化的结垢趋势基本相同。在不开动搅拌时,即转速为0r/min时,1#和2#试样表面碳酸钙的量基本上没有差别,分别为0.61mg/cm2和0.63mg/cm2,而3#试样只有0.25mg/cm2;在转速为50~200r/min时,3种试样的madh值均随转速的增大而增大,但在200~600r/min时,madh却随转速的增大而减小,这可能是由于转速增大,经过试样表面的水流速率加快,在试样表面上形成的水流剪切力增大,将附着在试样表面上的碳酸钙垢冲落下来。在转速为200r/min时,3种试样的单位面积增重量均达到最大值,分别为7.61,4.71,0.52mg/cm2,不含PAA的空白1#试样的结垢量是3#试样的14.6倍。在这一过程中发现,不论是在哪个转速条件下(转速为0r/min时除外),1#空白试样上的碳酸钙结垢量总是比2#和3#试样大得多。然而,目前并未发现它们之间存在有一定的比例关系,这可能是因为流体流速以及材料表面自身特性等多个因素所导致。
图5为转速200r/min、25℃ 条件下,PAA-PP复合塑料在不同搅拌时间下的单位面积增重量。由图5可以看出,3种试样上碳酸钙结垢量均随着搅拌时间的增加而增大。值得注意的是,在搅拌时间为0~2h时,3种试样上的碳酸钙结垢量剧烈增加,但是在搅拌时间为3~10h时碳酸钙的增量很小。1#,2#,3#试样在搅拌时间为3~10h时的碳酸钙增加速率分别为0.0657,0.0728mg·cm-2·h-1和0.0429mg·cm-2·h-1。已有研究表明材料表面上结垢的形成可以分为两个阶段[13,14,15],第一阶段为结垢粒子直接在材料表面上结晶成核生长;第二阶段为溶液中的结垢粒子在完成结晶生长及晶体形状转变后黏附到材料表面。在这两个过程中部分已经结晶成核的结垢粒子又会重新溶解到溶液中,再次结晶。第一阶段产生结垢粒子黏附性强,结构紧密而结实,第二阶段黏附到表面上的结晶粒子排列松散,容易在水流的作用下从表面脱落到溶液中。因此,在搅拌时间为3~10h时,碳酸钙增加量变小,结垢速率明显降低。
图6为3种不同试样在不同搅拌时间下的单位面积增重量。由图6可以发现,PAA-PP复合塑料具有良好的阻垢效果,特别是1.55%PAA含量的3#试样,温度在80℃之前试样的阻垢率为92%左右,最高阻垢率可达92.77%。两组试样在温度大于80℃时,阻垢率均有所下降,这是因为温度大于80℃时水中CaCO3结垢倾向更加明显,并且在有CaCO3晶种存在条件下,水中CaCO3结垢速率加快。结垢物质的形成分为晶核的形成和生长,在晶核形成的初始阶段,一般是处于一个不稳定的动态交换平衡的过程中,有的可能分裂成为更小的粒子或者重新溶解,有的则继续生长,即结垢过程中存在一个“沉淀-溶解-再次沉淀”的平衡过程。液体温度越高,“沉淀速率”大于“溶解速率”,因而“结垢速率”随着温度增加而增大[15]。
值得一提的是,在有CaCO3晶种存在的条件下,水中CaCO3结垢速率明显加快,Andritsos和Kara-belas认为CaCO3晶种存在可以降低溶液体系的过饱和值,在这种体系环境条件下,CaCO3的沉积速率显著增加[16]。故复合塑料的阻垢率有所下降。
在固-液体系中,PAA不仅对水垢粒子在溶液中的稳定性和分子在固体表面的吸附有影响,而且还对晶体生长的速率和晶体形状都有着重要的调控作用[17]。图7为3种不同试样在转速为200r/min、搅拌时间为2h、实验温度为45℃条件下于高浓度硬水中结垢后的扫描电镜图,图7 中(a),(b),(c)分别为1#,2#,3#试样,图7(d)为3#试样上CaCO3晶粒放大的扫描电镜图。从图7看出,CaCO3晶体以方解石形状附着在1#试样表面,而2#和3#试样上的CaCO3晶粒大小不一、晶体排列疏松,呈多孔状,且3#PAA-PP复合塑料上的CaCO3晶体比1#和2#试样上的小得多。如图7(d)所示,CaCO3晶体呈多孔状结构,晶体形状不规则。与1#试样相比,PAA-PP复合阻垢塑料改变了垢样晶形的大小,CaCO3晶体难以在塑料表面长大,PAA-PP复合阻垢塑料的表面特性使CaCO3晶核在其表面的生长受到抑制,CaCO3晶体不容易黏附,从而使水垢容易在水相中悬浮而随水流冲走。
(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)3#CaCO3晶粒放大图(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)the magnification of 3#CaCO3crystal
一般来说,碳酸钙水垢晶核的形成和生长,分别是固-液界面的形成和扩展的过程[14],一个材料表面的成核位置是有限的,微米或纳米结构的表面微凸体,即胞状、圆锥状或伞状结构,能够减少碳酸钙晶粒与表面的接触面积,从而减少了与成核位置的接触,使碳酸钙晶体不能正常结晶生长[18]。如果晶体在一个特定的结构表面限制生长,那么晶体的实际表面接触面积减少、表面黏附减少,并且这些晶体很容易在水流的剪切力下冲走。PAA-PP复合塑料表面的胞状结构改变了CaCO3晶体的成核生长,使其无法形成完整的“方解石”晶形。多孔状、排列疏松的CaCO3晶体在溶液水流的剪切力作用下容易脱离复合塑料表面进入溶液体系,从而达到良好的塑料表面阻垢效果。
3 结论
(1)加入PAA的复合塑料表面有典型的胞状结构,并且随PAA加入量增大,胞粒数量增加。
(2)纯PP塑料和PAA-PP复合塑料有较好的拉伸性能,较之不含PAA的复合塑料,0.51%PAA含量、1.55% PAA含量的PAA-PP复合塑料的断裂伸长率分别减小了6.38%和13.83%。
聚丙烯酰胺装置预研磨螺杆改造 篇9
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10
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.
聚丙烯的性能和市场发展前景 篇11
【关键词】聚丙烯；性能；市场前景
1.聚丙烯的性能
1.1物理性能
PP为无毒、无味的乳白色高结晶的聚合物，是目前所有塑料中最最轻的品种之一，对水特别稳定，在水中14h的吸水率仅为0.01%。分子量约8～15万之间，成型性好。但因收缩率大，原壁制品易凹陷，制品表面光泽好，易于着色。
1.2力学性能
PP的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，其强度和硬度、弹性都比高密度PE（HDPE）高。突出特点是抗弯曲疲劳性（7×10^7）次开闭的折选弯曲而无损坏痕迹，干摩擦系数与尼龙相似，但在油润滑下不如尼龙。
1.3热性能
聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。脆化温度为-35℃，在低于-35℃会发生脆化，耐寒性不如聚乙烯。对于聚丙烯玻璃化温度的报道值有-18qC， OqC， 5℃等，这也是由于人们采用不同试样，其中所含晶相与无定形相的比例不同，使分子链中无定形部分链长不同所致。聚丙烯的熔融温度比聚乙烯约提高40-50%，约为164-170℃， 100%等规度聚丙烯（熔点为176℃）。
1.4化学稳定性
聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定；但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。
1.5电性能
聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响，有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品，击穿电压也很高，适用作电器配件等。抗 电压、耐电弧性好，但静电度高，与铜接触易老化。
1.6耐候性
聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌硫代丙酸二月桂脂，炭黑式类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。
2.聚丙烯的市场发展前景
由于PP制品具有重量轻、抗冲击强度高、耐环境（耐高低温、耐污染、耐潮湿、耐老化）性能好、寿命长等优点，应用范围不断扩大，逐渐取代金属、其它塑料、木材、天然和化学纤维等，用于包装、运输、纺织、建材、家具、家电、日用消费品等领域。因此今后10年PP需求量仍将保持高速增长的态势，特别是在纺织纤维（塑编、丙纶纤维、无纺布）、薄膜（BOPP、CPP等）、注塑制品（汽车、家电、日用品）、片材和板材、管材（PPR、PPB）等领域的市场前景看好。
（1）聚丙烯编制制品仍将是国内聚丙烯消费的第一领域，其主要用户是粮食、化肥、水泥的包装，其次是糖、盐、蔬菜及其它工业用品包装，今后聚丙烯编织制品一方面将向大型，重型化包装袋发展，另一方面将向高强度，抗静电，耐老化等包装袋方向发展。今后相当长的时间内我国聚丙烯编制制品需求量仍将很大，但所占的比例还会继续下降。因此国内PP生产企业应努力提高专用料产量，逐渐降低拉丝产品的比例，以适应市场需求结构的变化，取得更好的效益。上海石化、齐鲁石化、燕化等企业最近两年来朝这一方向发展，取得了较好的效果。
（2）我国聚丙烯注塑制品在聚丙烯消耗中占第二大消费领域，是今后聚丙烯需求潜力最大的领域之一。主要用于硬包装（如容器、周转箱、托盘、瓶盖等）、运输（如汽车内装饰、保险杠、蓄电池壳、油箱等）、日常消费用品（如厨具、家具、洗衣机、花盆、旅行箱等）、器械及医疗制品（如注射器、工具箱、料盆）等等。聚丙烯注塑料品种多、质量档次差别较大，有均聚物、嵌段共聚物、无规共聚物、PP合金等，可以满足各种不同性能制品的要求。
（3）丙纶纤维是聚丙烯很有发展潜力的市场，纤维和丝的加工技术的改进也加速了聚丙烯产品向地毯，外衣和泳装市场的渗透。随着对工程质量的重视，聚丙烯无纺布在道路、水库、堤坝建设、建筑工程、医用等方面的应用将有所增加，使聚丙烯产品的优势在日常生活中越加的凸显。
（4）我国汽车工业对聚丙烯的需求达13.4万吨，其中约30%左右用于保险杠。聚丙烯汽车零配件市场潜力巨大，聚丙烯作为汽车用塑料的主要品种，需求也将随之迅速增加。国内齐鲁石化开发汽车保险杠和油箱专用料已投放市场，燕山和上海石化业开发了汽车零配件专用料。另外，因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件，轿车中使用的均为改性聚丙烯产品，其耐热性可由80℃提高到145℃-150℃，并能承受高温750-1000h后不老化，不龟裂，一些企业因此开发了聚丙烯改性料，改性聚丙烯汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，聚丙烯用于汽车工业具有较强的竞争力，但目前国内较大的汽车及配件生产企业大都用进口专用料来生产汽车配件。国产料要进入这一市场存在较大难度，首先国产料在产品质量和稳定性上要进一步提高，其次是在价格和服务方面也要具备一定优势。改性聚丙烯用作汽车配件具有十分广阔的开发前景。
（5）近几年我国家用电器产业发展迅速，品种多，产量大。各种家电也拥有巨大的潜在市场，这对改性聚丙烯来说，是一个极好的商机。目前，我国一些塑料原料厂商已经开发出洗衣机专用料如聚丙烯1947系列、K7726系列等，受到了洗衣机制造厂商的欢迎。
（6）聚丙烯管材的具有重量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等特点。按照不同的PP聚合工艺条件可将其分为均聚聚丙烯（PP-H）、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）以及无规共聚聚丙烯（PP-R）。由于PP-H管材在低温下的脆性限制了它的使用，在一些应用领域逐渐被PP-B管材、PP-R管材所取代。其中PP-B管主要用于冷水系统、地面采暖系统，PP-R管的应用则更为广泛。PP-B、PP-R管材除了具有一般塑料管特点外，还具有以下特性：良好的卫生性能，耐热、保温节能，安装方便、连接可靠，原料可回收使用，设备要求简单、生产工艺简便易控制，管道布设随意。我国自2000年明令禁止在新建住宅中使用镀锌管作为供水管道后，聚丙烯管、聚乙烯管得到了长足发展。其中PP-R管材是欧洲上世纪90年代初开发的改性PP管材的第三代产品。PP-R管材的长期热水静压寿命比PP-H、PP-B高出许多，耐压性和耐低温性以及使用寿命都有所提高。随着我国经济飞速发展，PP-R管材的用量也大幅增长，市场占有率迅速提高。
（7）在型材、片材、板材和薄膜市场，聚丙烯用途也在不断扩大。我国近几年也掀起了开发PP发泡材料开发的热潮，并已开始投放市场。可降解PP发泡快餐盒在我国铁路系统市场潜力巨大，据了解我国各类快餐盒年消耗量在150亿只左右。此外，发泡PP片、板材将在汽车内装饰、建筑、蔬菜水果食品包装、热绝缘、电器等领域的潜在市场也很大，其作为发泡PS等的更新换代产品，具有广阔的市场前景。
（8）聚丙烯的其它优势，由于聚丙烯可以和各种填料相结合，如玻璃纤维，滑石，云母等，大大拓宽聚丙烯使用范围，其催化剂工艺和配混工艺的发展推出许多新型的聚丙烯树脂，使聚丙烯的特性得以延伸，新加设备的开发成型技术的发展使聚丙烯渗透到传统的高密度聚乙烯市场，同时继续取代其他的聚合物等。
3.结语
聚丙烯酸/丙烯酰胺 篇12
本研究针对现有吸水树脂吸水后不耐高温 的缺点,以四烯丙基氯化铵为交联剂,采用水溶液聚合法制备了耐高温吸水树脂,研究了单体配比、交联剂和引发剂用量以及中和度对吸水树脂在200℃下吸水性能的影响,并考察了吸水树脂在不同温度下的吸水性能和耐盐性能。
1实验部分
1.1主要原料
丙烯酸(AA,化学纯),国药集团化学试剂有限公司;丙烯酰胺(AM,化学纯),天津博迪化工有限公司;过硫酸钾(KPS, 化学纯 ),国药集团 化学试剂 有限公司;四烯丙基 氯化铵 (TAAC,化学纯),江苏富淼科技股份有限公司。
1.2耐高温吸水树脂的合成
将适量的NaOH溶液加入到AA中,搅拌均匀后加入适量的AM,固定单体质量浓度为35%,冷却至室温后将上述混合溶液加入到250mL四口烧瓶中,通氮气30min后依次加入TAAC和KPS。10min后停止通 入氮气,65℃ 下反应4h后, 将凝胶烘干粉碎,备用。
1.3吸水性能测定
称取0.2g吸水树脂于陈化釜中,加入足量的蒸馏水或不同质量浓 度的NaCl溶液,密封后置 于不同的 温度 (50~ 300℃)下,待吸水饱和后冷却至室温,用100目尼龙袋过滤, 并静置30min,称量凝胶 质量。按式 (1)计算吸水 树脂吸液 倍率[5]。
式中,Q为吸水倍 率 (g/g);m1为吸水树 脂吸水前 质量 (g);m2为吸水树脂吸水后质量(g)。
1.4吸水树脂凝胶表面形貌分析
通过日立S-4800型冷场扫描电镜观察吸水树脂在室温和高温下吸水后的表面微观形貌。
2结果与讨论
2.1单体配比对吸水树脂吸水性能的影响
单体配比对吸水树脂在200℃蒸馏水中吸水性能的影响如图1所示。吸水树脂吸水倍率随n(AM)/n(AA)增大先增大后减小。随着体系中AM的增多,三维网络结构中Na+逐渐减少,—COO-基团间的 负电荷斥 力增加,吸水倍率 增加。 当AM加入量过多 时,由于—CONH2亲水性不 如—COO-, 吸水树脂内外渗透压减小,吸水倍率减小[6]。
[n(KPS)/n(AA)=0.1%,n(TAAC)/n(AA)=0.14%, 中和度为75%]
2.2交联剂用量对吸水树脂吸水性能的影响
图2反映了交联剂用量对吸水树脂在200℃蒸馏水中吸水性能的影响。吸水树脂吸水倍率随n(TAAC)/n(AA)的增大而先增大后减小。这是由于当交联剂浓度过大时,吸水树脂内部交联密度过大,吸水倍率降低。当交联剂浓度过小时, 形成的交联聚合物偏少且不能形成有效的网络结构,水溶性部分高温下全部溶于水,吸水倍率较低[7]。
[n(AM)/n(AA)=0.35,n(KPS)/n(AA)=0.1%, 中和度为75%]
2.3引发剂用量对吸水树脂吸水性能的影响
引发剂用量对吸水树脂在200℃蒸馏水中吸水性能的影响如图3所示。吸水树脂吸水倍率随着n(KPS)/n(AA)的增大先增大后减小。当KPS用量较少时,聚合体系中反应活性中心少,反应速率慢,导致转化率和交联度均较低,吸水倍率 也较低;当KPS用量较多时,体系中反应活性中心多,反应速率快,导致自由交联度过大,生成的吸水树脂相对分子量相对较小,甚至部分出现水溶性,因此吸水倍率也会降低[8]。
[n(AM)/n(AA)=0.35,n(TAAC)/n(AA)=0.14%, 中和度为75%]
2.4中和度对吸水树脂吸水性能的影响
图4反映了丙烯酸中和度对吸水树脂在200℃ 蒸馏水中吸水性能的影响。吸水树脂吸水倍率随中和度的增大先增大后减小,这主要是 归因于—COOH和—COO-的协同效 应。 当中和度逐渐增大时,主链上会出现更多的—COO-,吸水树脂内部与外部溶液的渗透 压增大,吸水倍率 升高。当中和度增加到一定程度时,越来越多的Na+会进入吸水树脂内部与 —COO-结合,电荷斥力减小,交联密度增大,吸水倍率降低[9]。
[n(AM)/n(AA)=0.35,n(KPS)/n(AA)=0.1%, n(TAAC)/n(AA)=0.14%]
2.5吸水树脂在不同温度下的吸水倍率
图5是在其他合成条件一样,分别以相同质量的NMBA、 TAAC为交联剂合成吸水树脂在不同温度下的吸水倍率。以NMBA为交联剂合成的吸 水树脂在 温度较低 时吸水倍 率较高,当温度为150℃及更高时,吸水树脂全部溶于水;以TAAC为交联剂合成的吸 水树脂吸 水倍率随 温度的升 高无明显 变化,在250℃ 时吸水倍 率为306g/g,耐高温性 能良好。 以NMBA为交联剂时,随着温度的升高,交联酰胺键发生水解, 高温下全部溶于水;而以TAAC作为交联 剂时,TAAC中不含易水解化学键,且与主链间形成两个稳定的五元环结构(如图6所示),即使高温下也很难断裂,因此吸水树脂在高 温下吸水后也不溶于水。
2.6吸水树脂高温下耐盐性能
吸水树脂200℃下在不同质量浓度的NaCl溶液中的吸水倍率如图7所示。吸水树脂高温下吸水倍率随NaCl质量浓度的增大而减小。这主要是随NaCl溶液浓度的升高,溶液的离子强度增大,使聚合物网络内外渗透压差减小,吸水倍率降低[10]。此外,在质量浓度分数为1%的NaCl溶液中的吸水倍率可达86g/g,高温下耐盐性能良好。
2.7扫描电镜分析
图8是吸水树脂在25℃和200℃下吸蒸馏水后扫描电镜图,从图8中可以观察到吸水树脂在高温下吸水后的表面形 貌与其在25℃下吸水后的表面形貌无明显区别,均是多孔状结构。这也间接验证了所合成的吸水树脂具有良好的耐温性能。
[(a)25℃;(b)200℃]
3结论
(1)以四烯丙基氯化铵为交联剂,过硫酸钾为 引发剂,丙烯酸和丙烯酰胺为共聚单体,通过水溶液聚合成功制备了耐高温吸水树脂。
(2)通过考察单体配比、交联剂浓度、引发剂浓 度和中和 度对吸水树脂在高温下吸水性能的影响,得到最佳合成条件为:丙烯酰胺、引发剂、交联剂占 丙烯酸的 摩尔比例 分别为0.35、0.1%、0.14%,中和度为75%。
(3)最佳条件下合成的吸水树脂 耐高温性 能良好,200℃ 下在蒸馏水中的吸水倍率为299g/g,250℃下在蒸馏水中的吸水倍率为306g/g。并且该树脂样品高温下耐盐性能优异,在200℃的1%(wt,质量分数)的NaCl盐水中的吸水倍率可达86g/g。
摘要：以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为单体,四烯丙基氯化铵(TAAC)为交联剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,通过水溶液聚合法制备了耐高温吸水树脂。考察了单体配比、引发剂和交联剂用量以及中和度对吸水树脂在200℃下吸水性能的影响,并对吸水树脂在不同温度下吸水后的表面形貌进行扫描电镜分析。结果表明,在最佳条件下合成的吸水树脂耐高温性能良好,200℃下蒸馏水中的吸水倍率为299g/g。且该树脂样品高温下耐盐性能优异,200℃下在1%(质量分数)的NaCl盐水中的吸水倍率为86g/g。
关键词：耐高温吸水树脂,四烯丙基氯化铵,吸水性能,水溶液聚合
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