Полиакриламид что это такое

Полиакриламид- важнейший флокулянт. Основные сведения.

Под названием «полиакриламид» обычно объединяется группа полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных. Полиакриламид относится к числу доступных и сравнительно недорогих водорастворимых полимеров с уникальным комплексом прикладных свойств. Сегодня трудно найти какую-либо область техники и технологии, где не применялись бы полиакриламидные реагенты. В частности, они являются высокоэффективными флокулянтами при извлечении и обогащении полезных ископаемых, при очистке питьевой и промышленных сточных вод. Они нашли широкое применение в качестве загустителей буровых растворов, дегидратан-тов, агентов снижающих гидравлическое сопротивление жидкостей в нефте- и газодобывающей промышленности, в качестве структурообразователей почв в сельском хозяйстве и дорожном строительстве. Как пленкообразователи, они используются в производстве минеральных удобрений и лекарственных аппаратов пролонгированного действия, при создании фоторезисторных композиций и микросхем в радио­электронной промышленности. Приведенные примеры являются далеко не полным перечнем областей применения полиакриламида. Промышленное производство, полиакриламида, началось в начале 50-х годов, и в течение последних лет интенсивно развивалось на качественном и количественном уровнях. Мировое производство полиакриламидных реагентов в настоящее время продолжает неук­лонно возрастать, однако темпы роста далеко не достаточны для удовлетворения растущих потребностей в нем (ежегодная потребность в полиакриламидных реагентах возрастает более чем на 6%). Поли­акриламидные реагенты выпускаются в виде растворов, дисперсий, гранул или порошка с широким диапазоном свойств в зависимости от назначения могут получаться растворимыми, ограниченно набухаю­щими каучукоподобными гелями и нерастворимыми. В настоящее вре­мя мировое производство полиакриламидных реагентов превышает 200 тыс. т/год.

1 Краткая характеристика основного исходного соединения

Акриламид (2–пропенамид) СН₂=СН-С(О)NН₂ молекулярная масса составляет 71,08. Это бесцветные кристаллы с температурой плавления 84,5°С и температурой кипения 215°С. Плотность составляет1,122 г/мл при 30°С. Растворимость при 30°С (в г/100мл растворителя) составляет: 215,5 в воде, 155 в метаноле, 63,1 в ацетоне, 0,346 в бензоле. Группа С(О)NН2 вступает в реакции характерные для алифатических амидов карбоновых кислот. При взаимодействии с водным раствором формальдегида в присутствии оснований (рН 7-9) превращается в неустойчивый N- метилолакриламид СН2=СНС(О)NНСН2ОН а в присутствии кислотных катализаторов и в из­бытке акриламида в N,N’-метилен-бис-акриламид (CH₂=CHCONH)₂CH₂. По двойной связи акриламид легко при­соединяет первичные и вторичные алифатические амины, NH₃, спирты, меркаптаны, H₂S, кетоны и др. С диеновыми углеводородами всту­пает в диеновый синтез. Электрохимческой гидродимеризацией превращается в адиподиамид. Полимеризуется с образованием полиакриламида и сополимеризуется с акриловыми мономерами, стиролом, винилиденхлоридом. В присутвии сильных оснований в апротонных растворителях образует, поли-β-аланин СН₂= CHCONH—[CH₂CH₂CONH]_n—CH₂CH₂CONH₂.

Акриламид пожароопасен; токсичен. Поражает нервную систему, а также печень и почки; легко проникает через не­поврежденную кожу; раздражает слизистые оболочки глаз

2 Общие сведения о синтезе полиакриламида.

Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, кото­рую можно проводить всеми известными способами.В растворе, это процессы полимеризации в растворителях, в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриламида число таких растворителей невелико; вода, уксусная и муравьиная кислоты.

Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливаю­щие свойства полимеров и технико-экономические показатели произ­водства

3 Полимеризация в растворе

Среди способов синтеза полимеров на основе акриламида важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию акриламида является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикалавыражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных ради­калов ответственно за ограничение константы скорости бимолеку­лярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспарен­ного электрона с пи-электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности. Кроме того, высокая реакци­онная способность акриламида в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду образо­вания ими водородных связей с молекулами воды.

К другим причинам широкого распространения полимеризации в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регене­рацию органических растворителей, снижение загрязнения окружаю­щей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов.

Полимеризация акриламида, может инициироваться активирующим действием на мономер различных видов радиации, света видимой и ультрафиолетовой областей спектра, ультразвука, электрического тока, а также при помощи веществ, легко распадающихся на радикалы в условиях полимеризации. Кроме того, часто используются комбинированные способы инициирования, заключающиеся в сочетании физического воздействия и вещественных инициаторов.

С целью получения полностью растворимого полимера в водные растворы акриламида, подвергаемые радиационному облучению, так же как и при полимеризации в двухфазных системах, вводят спирты, в част­ности метанол, значительные количества (10-20%) нейтральных солей (КС1, KF, Na₂SO₄), аммиак, гидроксиды щелочных металлов, амины, аминокислоты и их соли.

При полимеризации акриламида в воде под действием ультразвука инициирующие реакцию гидроксильные радикалы образуются в результате частичного распада молекул воды. На начальных стадиях полимеризации получается полимер с максимальной степенью поли­меризации, который затем, по-видимому, подвергается окислительной деструкции вследствие появления в растворе пероксида водорода.

Наибольшее распространение среди возможных способов инициирования полимеризации акриламида получило инициирование окислительно-восстановительными системами, использование которых позволяет проводить синтез при значительно более низких температурах и не требует применения сложного аппаратурного оформление.

К настоящему времени предложено огромное число окислительно-восстановительных систем. Наиболее широко применяемые из них состоят из соединений пероксидного типа, броматов, хлоратов, перманганатов в качестве окис­лителя, и соединений двух- и четырехвалентной серы в качестве восстановите­лей.

Ионы железа (III) используются в качестве окислителей, например, в системе, содержа­щей органическую кислоту и метабисульфит натрия.

5 Кинетические особенности полимеризации в воде, водно-органических и органических средах

Скорость полимеризации акриламида определяется температурой, рН среды, природой используемого растворителя, наличием в системе комплексообразователей, Поверх­ностно-активных веществ, агентов передачи цепи и др.

Влияние рН среды. Влияние рН среды на скорость полимеризации может быть обусловлено изменением скорости вещественного инициирования при различ­ной концентрации ионов водорода в растворе. Изменение рН ведет к изменению ско­рости инициирования, а следовательно, и скорости полимеризации мономеров, инициируемой пероксидом водорода, периодатом натрия и различными окислительно-восстановительными система­ми.

С другой стороны, при полимеризации акриламида в растворах с различными рН в значительной степени изменяются и скорости протекания элемен­тарных реакций роста и обрыва цепи.

Из данных табл. 1 можно заключить, что повышение кислотности среды интенсифицирует как реакции роста, так и реакции обрыва цепи. Соотношение же констант К_p/К_о 0,5 в зависимости от величины рН меняется незначительно, что определяет практически постоянную скорость процесса в средах с разным рН при условии независимости скорости инициирования от этого параметра.

Влияние природы растворителя.

Частичная или полная замена воды на органический растворитель приводит, как правило, к замедлению полимеризации и снижению молекулярной массы полимеров. Эта тенденция проявляется в той большей степени, чем меньшей способностью растворять аккриламид и образовывать с ним водородные связи обладает растворитель.При исследовании полимеризации акриламида в воде, метаноле и водно-метанольных смесях показано, что скорость гомогенной полимеризации в смеси вода-метанол (8,5:1,5) несколько ниже, чем в воде. Дальней­шее увеличение доли метанола в смеси (3:7 и 1:4) приводит к смеще­нию реакции в гетерогенную область и к существенному ее замедле­нию, одновременно наблюдается снижение молекулярной массы полимера, что объяснено протеканием в системе реакции передачи цепи на метанол.

6 Суспензионная полимеризация

7 Эмульсионная полимеризация

При полимеризации в обратных эмульсиях водный раствор гидро­фильного мономера диспергируется (до размера частиц 1-10 мкм) в гидрофобной органической фазе (ароматические, алифатические и галогенсодержашие углеводороды) в присутствии эмульгаторов эмульсий типа «вода в масле». Процесс инициируется маслорастворимым или водорастворимым инициатором. Важным преимуществом получения полимеров в обратных эмульсиях является возможность использования концентрированных растворов мономеров при условии облегченного теплоотвода с проведением процесса в маловязких средах. Кроме того, полимеризация может протекать с большими скоростями и с образованием высокомолекулярного водорастворимо­го полимера. В результате полимеризации получается коллоидная дисперсия частиц гидрофильного полимера в непрерывной органичес­кой фазе. Этот латекс характеризуется широким распределением частиц по размеру и стабилен в течение нескольких часов или дней. Латекс может быть использован непосредственно как готовый про­дукт, либо полимер получают в сухом виде после азеотропной дистил­ляции, удаления растворителя и сушки. По сравнению с полимерами в сухом виде в некоторых случаях применение латексов более предпоч­тительно, поскольку они имеют малую вязкость, характеризуются легкостью хранения и растворения при добавлении избытка воды.

9 Применение полиакриламида

Полиакриламид относится к числу доступных и сравнительно недорогих водорастворимых полимеров с уникальным комплексом прикладных свойств. Среди способов синтеза полимеров на основе акриламида важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Также полимеризацию можно проводить в суспензии и в эмульсии, однако эти методы плохо изучены.

Полиакрилмид по флокулируюшим свойствам превосходит все известные препараты этого типа, он является основным полимером в качестве флокулянта в цветной металлургии, горнодобывающей и химической промышленности. Также его используют в качестве пропитки бумаги с целью увеличения его прочности. При сополимеризации чистого акриламида с метилендиакриламидом его используют в нефтяной промышленности, для закрепления нефтяных скважин.

Полимеры акриамида нашли широкое применение в различных облас­тях промышленности и сельского хозяйства, однако потенциальные возможности этих полимеров раскрыты и проанализированы далеко не в полной мере что даёт тенденции для изучения материалов на основе акриламида.

Источник

Полиакриламид

Полиакриламид (сокр. ПАА) — общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.

По правилам ИЮПАК основное название поли(2-пропенамид) или поли(1-карбамоилэтилен), общая формула (-CH₂CHCONH₂-)_n.

Содержание

Получение и химические свойства

Синтез

Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида (АА) и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми известными способами: в массе кристаллических и расплавленных мономеров, в растворе, эмульсии и суспензии. Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства. Ниже рассмотрены закономерности и технологические аспекты гомополимеризации АА и других ненасыщенных амидов при различных способах синтеза. Кроме того, в эту главу включены разделы, касающиеся специфики полимеризации АА с другими мономерами и прививки АА к различным полимерам.

Гомогенная полимеризация

Промышленное производство

Широкое производство полиакриламида началось в начале 50-х годов. Устойчивый рост был обеспечен уникальными свойствами полиэлектролита, обеспечившими ему возможность широкого применения в качестве гелеобразователя, плёнкообразователя, флокулянта и коагулянта.

Применение

Основное применение полиакриламид находит в качестве недорогого водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Ниже приведены основные сферы применения ПАА:

Источник

Акриламида полимеры (polyacrylamide)

Полимеры акриламида – это высокомолекулярные соединения, производные акриаламида.

Акриламид

Акриламид — бесцветные кристаллы без запаха; Т_пл = 84,5±0,3°С; d 30 = 1,122. Акриламид растворим в воде, метаноле, этаноле, ацетоне, диоксане, хлороформе; мало растворим в бензоле и гептане (соответственно 0,28 и 0,03 г в 100 мл).

Химические свойства акриламида определяются наличием амидной группы и двойной связи, сопряженной с карбонилом. Структура амидных групп плоскостная, связи С—N укорочены, а заместители у N неравнозначны, возможна цис-транс-изомерия. Водные растворы акриламида нейтральны; легкогидролизующиеся соли образуются лишь с сильными кислотами. При гидролизе акриламида образуется акриловая кислота при дегидратации — ее нитрил. Реакция с альдегидами приводит к получению алкилольных производных. По двойной связи присоединяются галогены, амины, аммиак, меркаптаны, бисульфит, диены.

Акриламид может быть получен действием NH₃ на хлорангидрид или ангидрид акриловой кислоты или на ее метиловый эфир. Промышленный синтез идет по схеме:

Реакция экзотермична; для предотвращения полимеризации вводят ингибиторы (соли меди, железа и др.). Акриламид выделяют из охлажденного раствора сульфатного комплекса нейтрализацией известковым молоком или аммиаком; осадок минеральной соли отфильтровывают. Акриламид можно выделить также последовательной фильтрацией через колонки с анионитом и катионитом. Выход акриламида

90% от теоретического. Для получения акриламида в сухом виде раствор (

8%-ный) после гидролиза выпаривают под вакуумом. Технический акриламид содержит примеси акриловой кислоты и ее солей. Полимеризация такого мономера приводит к образованию малостабильного и частично нерастворимого сополимера акриламида с этими примесями. В зависимости от назначения технический мономер очищают перекристаллизацией (из бензола или этилацетата), сублимацией при низкой температуре в вакууме или фильтрацией на колонке с ионообменными смолами. Содержание акриламида в техничеком продукте определяют бромид-броматным титрованием; примесь акриловой кислоты и ее соли — алкалиметрически; серную кислоту — осаждением баритовой водой; количество полимера — по растворимости в бутаноле. Акриламид и его растворы сравнительно стабильны до 40—50 °С. Расплавленный акриламид легко полимеризуется. Акриламид вредно влияет на нервную систему и вызывает мускульную слабость (полимер акриламида не токсичен).

Полиакриламид

Химические свойства полиакриламида

Химические свойства полиакриламида определяются наличием амидной группы. При нагревании или изменении рН его растворов происходит частичный гидролиз с образованием карбоксильных групп. Нагревание полиакриламида выше 100 °С приводит к уменьшению содержания азота вследствие имидизации и появлению сшитых структур. При взаимодействии полиакриламида с формальдегидом в водных растворах (20 °С, рН 8 – 10) или в неводной среде происходит метилолирование:

При нагревании или подкислении полиметилолакриламида или его растворов образуются трехмерные структуры с эфирными (–CONHCH₂–О–CH₂NHCO–) и метиленовыми (–CONH–CH₂–NHCO–) мостиками. К полиакриламиду присоединяется окись этилена:

Производные ионного характера получают из полиакриламида полимер аналогичными превращениями. Реакция с формальдегидом и бисульфитом в водном растворе приводит к частичному (на 50%) сульфометилированию:

Получение полиакриламида

Сополимеры акриламида

Известны сополимеры акриламида с акролеином, акриловой кислотой, акрилонитрилом, акрилатами, винилиденхлоридом и др. Активность в полимеризации N-замещенных производных акриламида меньше, чем акриламида, вследствие индукционного влияния амидной группы на двойную связь. Сами полиакриламиды и их нейтральные растворы стабильны при хранении в обычных условиях. Полиакриламиды и его производные применяют в качестве коагулянтов (флокулянтов) в цветной металлургии, горнодобывающей и химической промышленности, а также для пропитки бумаги с целью увеличения ее прочности, для аппретирования тканей. Сополимеризацию чистого акриламида с небольшим количеством метилендиакриламида (CH₂=CHCONH)₂CH₂ используют для закрепления нефтяных скважин. Полиакриамид и его сополимеры с акриловой кислотой применяют как структурообразователи для укрепления грунтов.

Источник

Полиакриламид

Содержание

Физико-химические свойства [ править ]

Использование полиакриламида [ править ]

Одним из наиболее распространенных применений полиакриламида является флокуляция твердых частиц в жидкости. Этот процесс применяется к очистке воды и к таким процессам, как изготовление бумаги и трафаретная печать. Полиакриламид может поставляться в порошковой или жидкой форме, причем жидкая форма подразделяется на подкатегории растворного и эмульсионного полимера. Даже если эти продукты часто называют «полиакриламидом», многие из них на самом деле сополимеров из акриламида и одного или более других химических соединений, такие как акриловая кислота или ее соль. Основным следствием этого является придание «модифицированному» полимеру особого ионного характера.

Первоначальный состав Krilium было трудно использовать, потому что он содержал кальций, который сшивал линейный полимер в полевых условиях. Даже несмотря на сильную маркетинговую кампанию, компания « Крилиум» отказалась от Monsanto.

Спустя 34 года журнал Soil Science захотел обновить технологию кондиционирования почвы и опубликовал еще один специальный выпуск, посвященный полимерному кондиционеру почвы и особенно линейному водорастворимому анионному полиакриламиду, в выпуске за май 1986 года, том 141, номер 5.

В предисловии, написанном Артуром Уоллесом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Шелдоном Д. Нельсоном из УБЯ, частично говорилось:

Новые водорастворимые почвенные кондиционеры можно использовать в соответствии с установленными процедурами.

Следовательно, они переводятся в

Сшитая форма, удерживающая воду, часто используется в садоводстве и сельском хозяйстве под торговыми названиями, такими как Broadleaf P4, Swell-Gel и так далее.

Лаборатории молекулярной биологии [ править ]

Другое использование [ править ]

Кондиционер почвы [ править ]

Основными функциями полиакриламидных кондиционеров почвы являются повышение рыхлости, аэрации и пористости почвы, а также уменьшение уплотнения, запыленности и стекания воды. Вторичные функции заключаются в увеличении силы роста растений, цвета, внешнего вида, глубины укоренения и прорастания семян при одновременном снижении потребности в воде, болезней, эрозии и затрат на содержание. Для этого используется FC 2712.

Стабильность [ править ]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Источник

Полиакриламид

Полиакриламид считается универсальным химическим веществом, которое используется для гелеобразования жидкостей, в процессе производства пленочных материалов. Также он выступает качественным коагулянтом и флокулянтом. Впервые этот материал начали выпускать в 1950 году.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Полиакриламид ПАА производят в виде белого гранулированного порошка. Его второе название – это полипропенамид. В международном производстве его маркируют под названием Polyacrylamide или PAM.
Получение полиакриламида происходит в результате синтеза акриламида с бис-акриламидом. Данная реакция должна происходить в присутствии персульфата аммония и тетраметилэтилендиамина.
Химическая формула полиакриламида (C3H5NO)n. В Российской Федерации содержание полиакриламида в воде проверяют согласно ГОСТу 19355-85 «Вода питьевая. Методы определения полиакриламида». Непосредственное производство полиакриламида регламентируется по ТУ 6-01-1049-92. Отдельного ГОСТа на полиакриламид еще не разработано.
Это вещество производиться с помощью акриламидных субъединиц, которые в результате формируют достаточно гигроскопичный материал. При взаимодействии с водой полиакриламид образует гель.
Данное химическое соединение способно к быстрому растворению в водной среде, но полиакриламид практически не растворяется в органических растворителях. Средний уровень рН может варьироваться в пределах 7-14. Вещество хорошо вступает в реакцию со щелочью, с ионами металлов способен формировать гель. Низшей температурой сгорания полиакриламида считают 27,4 МДж/кг. Температура плавления составляет 113 °C. Плотность 1,13 г/см3.

ВИДЫ МАТЕРИАЛА

Полиакриламид производится двух марок: А и В. Но основными видами этого химического вещества считаются:

Анионный полиакриламид представляет собой отрицательно заряженный полимер. Поэтому он может притягивать к себе частицы грунта, глины или песка. Этот вид полиакриламида применяют в системах орошения почв и культур, обработке продуктов жизнедеятельности животных, в процессе бурения скважин, добычи полезных ископаемых.
Катионный полиакриламид отличается положительным зарядом, поэтому его применяют для обработки и очистки сточных вод, в процессе осветления питьевых вод, очистки бумажного сырья и т.д.
Неионный полиакриламид – это полимер без заряда. Его используют в очень редких случаях. Зачастую он применяется в процессе добычи ископаемых.
Также полиакриламид применяют в нефтепромышленности. Одними из самых востребованных марок в этой сфере считаются: полиакриламид АК 639 (выступает в качестве герметика или загустителя строительных жидкостей), полиакриламид АК 631 (применяется в процессе бурения скважин), АК 642 (добавляют в составы особо прочных полимерных систем).

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Широкое применение полиакриламида обусловлено его особенными химическими свойствами. Его способность к гелеобразованию находит свое применение в различных сферах человеческой деятельности:

ОСОБЕННОСТИ ХРАНЕНИЯ

Так как полиакриламид очень гигроскопичный материал его необходимо хранить исключительно в сухих и хорошо проветриваемых помещениях. Склады должны быть оборудованы исправной вентиляцией.
Производители полиакриламида упаковывают материал в плотные полимерные мешки, весом до 25-50 кг. Во время работы с этим материалом нужно придерживаться всех правил безопасности. Нельзя работать без защитных перчаток, так как при контакте с кожей это вещество может вызвать аллергическую реакцию. При попадании в глаза и на кожу пораженный участок необходимо промыть большим количеством воды.
Цена 1 кг полиакриамида на российском рынке варьируется в пределах 100-200 рублей. Окончательная стоимость зависит от марки.

Источник