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山東鑫泰水處理技術(shù)股份有限公司

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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(PAAS)是一類高分子電解質(zhì),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(guān)系,一般來說 ,低分子量 (一般在一萬以下,以5005000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 (104106)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(yīng)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(jié)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(yīng)用較廣,可用作水質(zhì)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(jié)垢,時常困擾系統(tǒng)正常運行。水垢成分復(fù)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()也是與如此。低分子量聚丙烯酸()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(jié)垢,因此作為水處理劑使用時因其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(zhì)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()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(zhuǎn)移并引起大分子間相互交聯(lián),導(dǎo)致產(chǎn)物中有水不溶物,產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)器中,以十二硫醇為分子量調(diào)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(diào)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(lǐng)域的研究,較成熟的有TEMPO存在下的可控自由基聚合、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)以及以雙硫脂類化合物為鏈轉(zhuǎn)移劑的活性自由基聚合,但在這些方法當中,作為鏈轉(zhuǎn)移劑的物質(zhì)(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(nèi)也有研究報道采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)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()應(yīng)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(),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(shè)備中沉積結(jié)垢,是一種優(yōu)異的阻垢分散劑。另外,在水凈化設(shè)備、海水淡化方面也離不了聚丙烯酸()。

    聚丙烯酸()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(zhì)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(xué)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(nóng)業(yè)上,還可以作為氯化銨等肥料的防結(jié)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()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()的研究,國外研究較早(上個世紀七十年代),國內(nèi)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(nèi)外化學(xué)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()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(shè)備簡單,分子量易于控制,但也存在鏈轉(zhuǎn)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ATRPRAFT、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(yīng)用領(lǐng)域有限,例如國內(nèi)對于特低分子量聚丙烯酸()的應(yīng)用還未見報道,在一些常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域或者非常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域中還有很多的未知應(yīng)用尚未挖掘出來,所以在該產(chǎn)品的應(yīng)用方面,應(yīng)主要研究不同分子量產(chǎn)品的多種用途,擴大其應(yīng)用領(lǐng)域,滿足市場需要,并更加深入地研究產(chǎn)品的化學(xué)、物理性質(zhì),優(yōu)化生產(chǎn)過程,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。 (以上內(nèi)容僅代表)

     

    參考來源:百度

    關(guān)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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