聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺單體聚合而成的。
丙烯酰胺單體的來源
化學合成法:丙烯酰胺主要是通過化學合成得到。以丙烯腈為原料,在催化劑(如骨架銅)的作用下,與水發生水解反應生成丙烯酰胺。這個反應過程需要嚴格控制反應條件,包括溫度、壓力和反應時間等。例如,反應溫度在 80 - 100℃左右,壓力維持在適當水平,這樣才能保證丙烯腈高效地轉化為丙烯酰胺。
微生物法:部分丙烯酰胺也可以通過微生物發酵的方式生產。利用特定的微生物菌株,在合適的培養基和發酵條件下,這些微生物可以將底物(如丙烯腈或其他相關化合物)轉化為丙烯酰胺。這種方法相對化學合成法,具有反應條件溫和、選擇性好等優點,但產量和效率受到微生物生長特性等因素的限制。
聚合過程
水溶液聚合:這是較常見的聚合方法之一。將丙烯酰胺單體溶解在水中,加入引發劑(如過硫酸銨、偶氮二異丁腈等)來引發聚合反應。在反應過程中,引發劑分解產生自由基,這些自由基會攻擊丙烯酰胺單體中的雙鍵,使雙鍵打開,然后單體之間相互連接形成聚丙烯酰胺分子鏈。例如,過硫酸銨在加熱或光照等條件下分解產生硫酸根自由基,它引發丙烯酰胺單體聚合,反應過程中會放出熱量,需要適當控制反應溫度,避免局部過熱而影響產品質量。
反相乳液聚合:把丙烯酰胺單體分散在油相(如有機溶劑)中,利用乳化劑形成乳液體系,再加入引發劑進行聚合反應。這種方法可以有效控制聚合物的分子量和分子量分布,得到的聚丙烯酰胺產品具有良好的溶解性和流動性。不過,反相乳液聚合需要使用有機溶劑,這帶來一定的安全隱患和環境污染問題。
懸浮聚合:使丙烯酰胺單體在懸浮劑的作用下,以小液滴的形式懸浮在不互溶的介質(如水或其他有機溶劑)中,然后加入引發劑引發聚合反應。這種方法生產的聚丙烯酰胺產品顆粒度比較均勻,但生產工藝相對復雜,產品質量的控制難度較大。