Акриламид и полиакриламид получение и свойства
2. Полиакриламид
В настоящее время широко применяются водорастворимые полимеры на основе акриламида (АА) [3]
которые объединены общим названием "полиакриламиды".
В эту группу входят полиакриламид (ПАА) - неионогенный полимер
его анионные производные, например, частично гидролизованный ПАА
и катионные производные, например поливиниламин
а также сополимеры АА с различными ионогенными и неионогенными мономерами. Полимеры и сополимеры с разной молекулярной массой (ММ), молекулярно-массовым распределением, химическим составом и распределением звеньев исходных мономеров вдоль цепи, линейные, разветвленные и сшитые имеют разное функциональное назначение и различные области применения.
Впервые АА был получен в 1893 году, однако освоение промышленного производства началось только в начале 50-х годов нашего столетия, что сдерживалось плохой сырьевой базой. Способность АА полимеризоваться в присутствии радикальных инициаторов и подходящие для многих целей свойства обеспечили быстрое налаживание и расширение производства полимеров. Первоначально эти полимеры применяли в качестве флокулянтов для осаждения и фильтрации шлама фосфоритов в технологии обработки урановых руд и прочностных добавок для бумаги, а в дальнейшем стали широко использовать в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине в качестве флокулянтов, загустителей, адгезивов, смазок, структурообразователей, пленкообразователей. Несмотря на важные мирные профессии полимеров АА, их использование в оборонной промышленности значительно ограничило доступность научной информации, поэтому до начала 70-х годов в литературе отсутствовали сведения о технологии производства полимеров. В последние годы наряду с улучшением сырьевой базы создана научная основа для направленной разработки полимеров с заданными свойствами, разработаны перспективные методы синтеза полимеров - полимеризация и сополимеризация АА в концентрированных водных растворах и дисперсиях, получили развитие методы химической модификации полимеров. В настоящее время полимеры АА производят крупные фирмы США, Японии и развитых стран Европы. Они являются основными поставщиками полимеров на мировой рынок, а в России, Китае и ЮАР полимеры производят для внутреннего потребления. Производство полимеров АА продолжает неуклонно возрастать и к концу века достигнет 400 тыс. т в год. Однако темпы роста производства не удовлетворяют потребностей, которые ежегодно возрастают на 8-10%. Поэтому актуальны разработка новых и совершенствование существующих перспективных методов синтеза ПАА, его производных и сополимеров АА [4].
2.1 Применение полимеров акриламида
Полимеры АА обладают уникальным комплексом полезных свойств и широко используются в различных областях техники и технологии. Различные области применения и назначение полимеров показаны в табл. 2 [3].
Приведенные данные свидетельствуют о многофункциональном назначении и различных возможностях применения полимеров АА, которые не ограничиваются приведенными примерами.
Эффективность применения полимеров АА определяется их характеристиками.
Таблица 2 - Области применения и назначение полимеров АА [3]
|
Область применения |
Назначение |
|
Обработка воды |
Флокулянты для очистки природных и промышленных сточных вод, переработки пищевых продуктов; обезвоживающие агенты для осадков; |
|
Обработка бумаги |
Регуляторы прочности бумаги в сухом и влажном состоянии, добавки для улучшения качества и печатных свойств бумаги |
|
Добыча и обработка полезных ископаемых |
Флокулянты хвостов флотации руд, при обогащении и регенерации полезных ископаемых (уран, золото, титан, каменный уголь, алюминий, железо). Уменьшение запыленности в угольных шахтах, при бурении, на асбестовых заводах |
|
Добыча нефти |
Стабилизаторы, регуляторы фильтруемости и реологических свойств буровых растворов. Структурообразователи почв для укрепления стенок скважин при вторичной добыче нефти и гидравлическом разрыве пластов |
|
Сельское хозяйство |
Структурообразователи почв. Пленкообразователи для семян, удобрений, инсектицидов, гербицидов и фунгицидов |
|
Медицина |
Суперабсорбенты для тампонов, памперсов, салфеток, пеленок, бандажей для ран. Пленкообразователи для фармацевтических препаратов пролонгированного действия. Гидрогели для контактных линз |
|
Область применения |
Назначение |
|
Строительство |
Структурообразователи грунтов в дорожном строительстве. Обезвоживающие агенты для абсоцемента. Регуляторы сватывания цемента. Прочностные добавки для строительных плит. Диспергаторы пигментов, регуляторы вязкости и защитные коллоиды для водно-эмульсионных красок |
|
Другие области |
Агенты, снижающие гидравлическое сопротивление для ускорения движения морских судов, для перекачки нефтепродуктов, суспензий и эмульсий, для увеличения дальнобойности водных струй в пожарном деле. Шлихтующие агенты для хлопчатобумажных, шерстяных, вискозных и ацетатных нитей. Аппертирующие агенты для тканей. Клеи для бумаги и текстиля |
Основное применение неионных полимеров - очистка природных и сточных вод и обезвоживание осадков в целлюлозно-бумажной промышленности, анионных полимеров - водообработка, флокуляция хвостов флотации руд, обогащение и регенерация полезных ископаемых и нефти, обработка бумаги и шлихтование текстильных материалов (создание на поверхности нити эластичной и прочной пленки с высокой водопоглощающей способностью, которая закрепляет выступающие волокна на стволе нити и улучшает процесс ткачества и свойства нити), катионных полимеров - обработка бумаги и флокуляция биологических клеток. Высокомолекулярные полимеры (ММ = (2-18) ·106), эффективность которых возрастает с увеличением ММ, используют как флокулянты, загустители, структуро- и пленкообразователи и для смазки. Низкомолекулярные полимеры (MM = (0,005-0,4) · 106) используют как разжижители нефти, диспергаторы и стабилизаторы буровых растворов, а также как добавки для герметизации, снижения потерь цементного раствора и предотвращения образования накипи. Прививку АА на различные полимеры применяют для улучшения свойств полимеров (например, при прививке на полиакрилонитрил повышаются гидрофильность, окрашиваемость и адгезия).
