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低分子量聚丙烯酸（鈉）深入解析

2016/5/20

 聚丙烯酸（鈉）概述

      聚丙烯酸(鈉) PAA（S）是一類高分子電解質，又具有良好的螯合性能，它是由過硫酸鹽為引發(fā)劑，在水溶液中將丙烯酸單體聚合而成。作為阻垢劑使用時反子量在10000以下較好。聚丙烯酸用途廣泛，可用于食品、飼料、紡織、造紙、水處理、涂料、石油化工、冶金等。聚丙烯酸（鈉）PAA(S)的用途與其分子量有很大關系，一般來說 ，低分子量 (一般在一萬以下，以500～5000為優(yōu) )產(chǎn)品主要用作顏料分散劑、水處理阻垢分散劑等；中等分子量 (104～106)主要用作增稠劑、粘度穩(wěn)定劑、保水劑等；高分子量(106以上)主要用作絮凝劑、增稠劑等。在使用聚丙烯酸（鈉），用戶應適當添加緩蝕劑，防止對銅的腐蝕。

低分子量PAA(S)具有優(yōu)良的水溶性和分散性，有著非常廣泛的用途，尤其是在工業(yè)循環(huán)冷卻水和漿料分散方面][][][。能夠結合水中的鈣、鎂等多價離子形成可溶的鏈狀陰離子，在工業(yè)循環(huán)水處理方面應用較廣，可用作水質阻垢分散劑、陶瓷分散劑、造紙分散劑、水泥減水劑、洗滌助劑、肥料助劑、化纖上漿劑、金屬材料淬火劑等，效果顯著。

聚丙烯酸（鈉）阻垢分散作用機理

在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，隨著循環(huán)水的蒸發(fā)和水中微溶物的氧化結垢，時常困擾系統(tǒng)正常運行。水垢成分復雜常規(guī)水垢包括碳酸鈣垢、磷酸鈣垢、硫酸鈣垢、硫酸鋇垢、鎂垢、鋅垢、硅垢等。垢層一方面是在不斷地進行溶解，另一方面是在逐漸析出增厚而成為硬垢，是一個動態(tài)平衡的過程。

阻垢劑主要是通過螯合增溶、晶格畸變或扭曲、靜電排斥或分散等作用機理而達到阻垢分散的目的，低分子量聚丙烯酸(鈉)也是與如此。低分子量聚丙烯酸(鈉)具有優(yōu)良的水溶性和分散性，可在堿性和一定的濃縮倍數(shù)條件下運行而不結垢，因此作為水處理劑使用時因其結構中具有的多個羧酸基團和溶劑化鏈發(fā)揮優(yōu)良的吸附和分散作用，吸附于微溶的無機鹽的微晶粒上，或者將數(shù)個微晶粒連成彼此有相當距離的疏松微粒團，阻礙微粒相互接觸而長大，從而將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散于水中不沉淀，達到阻垢的目的。

聚丙烯酸（鈉）的分散機理

低分子量PAA(S)分散機理主要是：

(1)吸附于固體顆粒的表面，使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤；

(2)在固體顆粒的表面形成吸附層，使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的排斥力；

(3)使固體粒子表面形成雙電層結構，使雙電層厚度增加，固體顆粒之間因靜電斥力而遠離；

(4)使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個體系物化性質均一。

其它新型聚合方法的研究

近年來，隨著人們對低分子量聚丙烯酸(鈉)的研究，一些新型有效的聚合方法不斷涌現(xiàn)。例如靜態(tài)水溶液聚合法即是近年來出現(xiàn)的聚丙烯酸鈉合成新方法，這種方法不使用異丙醇，單體濃度高、聚合周期短，有利于降低制造成本。缺點是聚合過程中伴隨著凝膠化現(xiàn)象，放熱劇烈，有大量自由基向大分子鏈轉移并引起大分子間相互交聯(lián)，導致產(chǎn)物中有水不溶物，產(chǎn)品質量較差，尚未工業(yè)化生產(chǎn)。高鳳芹等[17,]在自制平板式反應器中，以十二硫醇為分子量調節(jié)劑，用靜態(tài)水溶液聚合法合成低分子量聚丙烯酸鈉，實現(xiàn)了放熱與散熱的平衡，既有效控制了產(chǎn)物的分子量，又避免了爆聚的發(fā)生。當單體濃度為30%，分子量調節(jié)劑用量為4%(占單體重)，引發(fā)劑用量為4%(占單體重)，聚合溫度為60℃。反應時間為3h，可合成出分子量為5000左右的低分子量聚丙烯酸鈉，產(chǎn)物水溶性好，分予量分布窄，且單體轉化率在99%以上。比較靜態(tài)水溶液聚合法與動態(tài)水溶液聚合法，靜態(tài)合成法不用連續(xù)攪拌、滴定單體及引發(fā)劑溶液，無需高溫和蒸餾回收大量的鏈轉移劑，具有操作簡單，聚合周期短，能耗低等優(yōu)點。但這種方法要實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)還存在一定的難度。

國外的報道主要集中在活性自由基聚合領域的研究，較成熟的有TEMPO存在下的可控自由基聚合、原子轉移自由基聚合（ATRP）以及以雙硫脂類化合物為鏈轉移劑的活性自由基聚合，但在這些方法當中，作為鏈轉移劑的物質(如雙硫脂)通常需要另外合成，增加了研究的成本和繁瑣程度。例如近幾年國內也有研究報道采用原子轉移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合(RAFT)的方法合成低分子量PAA，但也存在步驟繁瑣、原料不易制得、成本高等問題。

低分子量聚丙烯酸(鈉)應用研究

前已述及，低分子量聚丙烯酸及其用堿中和的鹽類，具有各種實際用途。例如，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、采掘工業(yè)、建筑工程、精細化工制品以及紡織業(yè)、皮革業(yè)、紙漿及造紙工業(yè)、涂料和粘接劑、塑料等。

我們所了解到的低分子量聚丙烯酸(鈉)，其最為主要的用途莫過于作為工業(yè)循環(huán)冷卻水處理劑使用了，它能夠有效防止水中殘存的鈣、鎂離子在管道或設備中沉積結垢，是一種優(yōu)異的阻垢分散劑。另外，在水凈化設備、海水淡化方面也離不了聚丙烯酸(鈉)。

聚丙烯酸(鈉)存在活性羧基，在水中離解形成陰離子基團，可作顏料與無機鹽的分散劑。例如在地質勘查方面，用作鉆機機頭潤滑、自動清洗掉粘附的泥漿，使用少量聚丙烯酸就足以減少鉆頭摩擦力，加快鉆井速度，提高工作效率；用作礦物分散懸浮，如高嶺土、滑石、煤塊的浮選和運輸；在陶瓷工業(yè)上，聚丙烯酸鈉可以降低料漿的粘度，防止顆粒團聚，是一種較好的陶瓷料漿減水劑， 同時對坯體的干燥強度還具有一定的增強效果；在涂料工業(yè)上，聚丙烯酸對顏料有潤濕作用，可縮短研磨時間，節(jié)約動力消耗；作為染整助劑使用時，低分子量聚丙烯酸在精煉、漂白、染色等工序使用中效果均好，而且還避免了對環(huán)境的污染[]；在建筑業(yè)常用的水泥、石膏中加入聚丙烯酸，可幫助它們在水中分散更好，從而達到減少水耗量，提高混凝土制品的物理強度，加速凝固的作用；作為日用化學品的洗滌助劑使用，能夠起到分散和防止污垢抗再沉積的作用；在農業(yè)上，還可以作為氯化銨等肥料的防結塊劑使用。

在造紙工業(yè)，隨著高濃度涂布機的引進和銅版紙生產(chǎn)的發(fā)展，對分散劑的需求越來越大。低分子量PAA(S)作為造紙工業(yè)的有機分散劑，能提高顏料的細度、分散體系的穩(wěn)定性，提高紙張的柔軟性、強度、光澤、白度、保水性等，且具有可溶于水、不易水解、不易燃、無毒、無腐蝕性特點，因此低分子量 PAA(S)在造紙工業(yè)越來越受到重視。

低分子量聚丙烯酸(鈉)研究中存在的幾個問題與發(fā)展方向

對于低分子量聚丙烯酸(鈉)的研究，國外研究較早(上個世紀七十年代)，國內研究較晚，為上世紀八十年代以后，直到九十年代才逐漸批量生產(chǎn)及工業(yè)化。多年來，國內外化學工作者在聚丙烯酸鈉的合成工藝研究方面做了大量的工作，主要研究不同氧化還原引發(fā)劑對分子量的影響，以及合成低分子量聚丙烯酸(鈉)的最優(yōu)化條件。這些研究雖然已經(jīng)取得了不錯的成就，但也存在一些問題：聚合方法上沒有大的突破，傳統(tǒng)的聚合方法工藝設備簡單，分子量易于控制，但也存在鏈轉移劑用量大、溫度不易控制、無機鹽析出、分子量降低程度有限(尤其是特低分子量1000以下)等問題，包括近些年來的一些新方法如ATRP、RAFT、靜態(tài)合成法等，也都存在不易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的問題；應用領域有限，例如國內對于特低分子量聚丙烯酸(鈉)的應用還未見報道，在一些常規(guī)應用領域或者非常規(guī)應用領域中還有很多的未知應用尚未挖掘出來，所以在該產(chǎn)品的應用方面，應主要研究不同分子量產(chǎn)品的多種用途，擴大其應用領域，滿足市場需要，并更加深入地研究產(chǎn)品的化學、物理性質，優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質量。 （以上內容僅代表）

 

參考來源：百度

關鍵詞： 聚丙烯酸  聚丙烯酸鈉  PAAS   PAA    水處理劑  螯合分散劑  緩蝕阻垢劑    阻垢分散劑  聚合物

 

 

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