聚丙烯酰胺的分类以及用途

聚丙烯酰胺的分类以及用途内容摘要：

下水解成丙烯酰胺硫酸盐，中和得丙烯酰胺，均聚得 PAM。 70 年代以后，发展了以骨架铜为催化剂的丙烯腈催化水合法，采用的是第二代工艺技术。 催化剂为 Al／ Cu 合金，在反应温度 100℃，压力 294～ 588KPa下使丙烯腈选择性地转化成丙烯酰胺。 第三代工艺技术为微生物工程法。 自 1985 年日本在法国发现一种能催化腈水解的微生物 红球菌酶基础上，首先建成世界上第一座微生物法丙烯酰胺工业化装置。 由于该法在工艺上可省去丙烯腈回收、铜分离等工序，可以在常温常压下完成，副产物为零，所以大大缩短了工序并减少了投资。 因此具有能耗小、成本低、工艺简单、 三废 污染少的优势。 昌九生化是国内最早拥有该技术的单位，被列入了国家 九五 重点项目。 我国的 PAM 的开发起步较晚， 1962 年上海天原化工厂 建成第一套聚丙烯酰胺生产装置，生产水溶胶产品。 初期生产规模小，品种少。 20 世纪 90 年代之前国内因技术、市场等原因我国聚丙烯酰胺产量和消费量一直相对稳定，后随着石油行业的大量推广应用，推动了聚丙烯酰胺产能和产量的不断增加。 2020 年我国聚丙烯酰胺的生产能力和产量分别为 20万吨 /年和 15万吨； 2020 年生产能力和产量分别增加到 50 万吨 /年和 32万吨。 我国聚丙烯酰胺主要用于石油开采、水处理和造纸领域，另外在纺织、冶金制糖、医药等领域也有应用。 2020 年聚丙烯酰胺的表观消费量约为 万吨。 其中，石油开采领 域对聚丙烯酰胺的消费量约占总消费量的 %、水处理领域约占 11%、造纸领域约占 %、纺织等其它领域约占 %。 2020 年全球约 37％的 PAM 用于给排水处理， 27％用于石油工业， 18％用于纸浆和造纸工业。 PAM 还可用于食品业、农业灌溉等。 尽管我国聚丙烯酰胺的产量很大，但是造纸用聚丙烯酰胺的质量并不能达到国内造纸厂的要求，因此每年国内的造纸厂都需要从台湾、日本等国家和地区进口大量的聚丙烯酰胺。 随着纸和纸板产量的不断增加，聚丙烯酰胺的进口量呈逐年上升趋势， 20202020 年我国聚丙烯酰胺进口量年 均增长率约为 15%， 2020年进口量达 万吨。 但随着日本的荒川化学工业公司、精工 PMC 公司、播磨化学公司在中国加大对聚丙烯酰胺生产的投资，预计未来造纸用聚丙烯酰胺的进口将减少， 2020 年我国聚丙烯酰胺的进口量将约为 2 万吨。 我国聚丙烯酰胺出口到南非、美国、澳大利亚等 70 多个国家和地区。 随着聚丙烯酰胺产量的快速增长，出口量呈逐年递增的趋势， 20202020 年我国聚丙烯酰胺出口量年均增长率约为 13%， 2020 年出口量达 万吨。 预计未来我国聚丙烯酰胺的出口量还将继续增加， 2020 年将约为 万吨。 到 2020 年全球需求增长率预计达到 %/年，拉丁美洲、亚洲、中东和亚太地区的需求增长最快。 拉丁美洲为 6%/年，亚洲、中东为 %/年，亚太地区为 %/年。 在石油开采方面，由于我国早期开采的油田逐步老龄化，目前大庆油田和胜利油田已大规模使用聚丙烯酰胺， 2020 年我国石油开采领域消费聚丙烯酰胺约 25 万吨。 预计未来将有更多的油田开始大量使用聚丙烯酰胺， 20202020 年该领域对聚丙烯酰胺的需求量将以 5%左右的速度增加，到 2020 年需求量将达到约 万吨。 聚丙烯酰胺在水处理中用作絮凝剂，主要包 括在原水处理时与活性炭等配合使用，用于生活水中悬浮颗粒的凝聚、澄清；在污水处理中用作污泥脱水；在工业水处理中用作一种重要的配方药剂。 目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时，都采用聚丙烯酰胺絮凝剂作为补充。 在污水处理中，聚丙烯酰胺已成为絮凝剂的主要品种。 2020 年我国水处理领域消费聚丙烯酰胺约 万吨。 随着我国水污染治理工程建设的加快，今后聚丙烯酰胺的消费将持续增加，预计到 2020年该领域对聚丙烯酰胺的需求量将达到约 万吨。 聚丙烯酰胺在造纸工业中主要用作驻留剂，其中阳离子型聚丙烯酰胺驻留效果最好。 我国 是纸张生产和消费大国， 2020 年纸和纸板产量达 6500 万吨，对聚丙烯酰胺的消费量约为 万吨。 预计到 2020 年我国造纸能力将达到 9400万吨 /年，该领域对聚丙烯酰胺的需求量将达到约 4万吨。 其它领域，聚丙烯酰胺可用于在纺织、采矿、建筑等方面， 2020 年这些领域共消费聚丙烯酰胺约 万吨，预计到 2020 年对聚丙烯酰胺的需求量将达到1万吨。 综上所述， 2020 年我国对聚丙烯酰胺的总需求量将达到 40 万吨左右。 目前我国已能生产非离子、水解聚丙烯酰胺，水溶液状阳离子聚丙烯酰胺，粉状阳离子聚丙烯酰胺，淀粉 改性阳离子聚丙烯酰胺，磺甲基聚丙烯酰胺，亚甲基聚丙烯酰胺，胺基聚丙烯酰胺，羟甲基聚丙烯酰胺，胺甲基聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺等，并按照水溶液，干粉、乳剂等型不同，分子量不同及离子度不同分为许多种牌号。 近年来国内 PAM 发展较快，大小生产厂已近百家。 第五节 聚丙烯酰胺的生产 一、化学反应： 聚丙烯酰胺的生产包括两个过程：丙烯腈水解为丙烯酰胺和丙烯酰胺聚合为聚丙烯酰胺，它主要包括以下两个有机化学反应： 二、生产工艺 （ 1）水解过程 丙烯晴的水解过程，在聚丙烯酰胺的具体生产过程中，先后采用过 三种催化剂。 丙稀酰胺是以丙烯腈为原料于水相中在催化剂的作用下水合反应而成的。 从60年代的硫酸水合法到 70 年代骨架铜为催化剂的催化水合法，前者因为产品纯度低、收效低、产生大量的还硫酸盐和废液，所以已被淘汰。 后者则因为需要高温高压，一次转化率低，以及一些铜离子齐聚物的存在而影响产品质量。 而在80 年代开发的利用生物酶做催化剂的微生物催化法，不仅具有高活性、高选择性、高收率、低耗能、低成本、丙稀腈反应完全、无齐聚物等副产物的优点，而且可以在常温常压下进行，减少三废产生。 采用骨架铜作为催化剂，由丙烯腈水解丙烯酰胺 ，转化率仅为 97%~98%，由化学法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子质量很难超过 1200 万，而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，其转化率达 %以上，比化学法成本低 10%以上，聚合生成聚丙烯酰胺分子质量可达 2020 万以上。 生化催化法原理极为简单，选用红球菌酶为酶种，生化催化剂是浮液，为间歇操作，在 30℃， 下进行，合成丙烯酰胺水溶液浓度为 6％ 35％，反应 l~5h。 经滤去催化剂，可直接用于聚合。 生产 lt 丙烯酰胺需丙烯腈 750kg、催化剂 1kg。 反应在水溶液内进行，丙烯酰胺溶液不 含杂质。 （ 2）聚合过程 聚合反应是指在丙烯酰胺通过 引发剂引发与辐射引发 的情况下进行聚合。 聚合方法有：水溶液聚合、有机溶剂聚合、乳液聚合、悬浮液聚合及本体聚合等，使丙烯酰胺均聚。 聚合过程包括活性中心的形成、链的增长和链的终止。 引发剂 过硫酸钾（盐）、亚硫酸钠等。 活性中心的形成 引发剂活性集团（带电引发离子）的形成： 带电引发离子与丙烯酰胺作用生成活性中心： 链的增长 链的终止 1） 重合反应 2） 歧化反应 3） 活性链与引发剂的游离基碰撞 4）链的转移，形成高分子的歧化或交联 ） 影响聚合反应的主要因素 1） 温度 化学反应速度与温度成正比。 温度越高，反应速度越快，热分解增加引发剂带电离子。 反应极限： 60℃。 降温方式：通入氮气，驱赶氧气 2） 引发剂浓度 当聚合反应平衡以后，活性中心产生的速度等于链终止的速度。 如果反应速度太快，会导致分子量过低或形成网状结构 3） 单体浓度 单体浓度过高会影响分子之间的接触，以至总反应速度降低。 干燥方法 1） 聚合胶体干燥法 2） 溶液萃取干燥法：甲醇、丙酮 3） 聚合产品加入热稳定剂干燥法 金属盐、尿素、硫脲、平平加 4） 乳液干燥法：单体溶解于乳液后进行聚合，最后蒸馏去除溶剂 三、阴离子聚丙烯酰胺的生产 1）共聚法：单体与丙烯酸混合后聚合。 2）后水解法：中浓度中加入氢氧化钠、碳酸钠溶液水解后干燥。 水解度最高70%。 3）碱存在的前提下进行聚合。 水解度最高 55%。 四、阳离子聚丙烯酰胺的生产 甲醛、二乙胺硫酸盐 五、生产设备。