聚丙烯酸钠

袄1聚丙烯酸钠的性质蚀1.1聚丙烯酸钠的物理性质芀聚丙烯酸钠为无色或淡黄色黏稠液体，易溶于水，呈弱碱性。用做水处理剂聚丙烯酸钠的质量标准如表1.1所示。蚇聚丙烯酸钠耐热性很好，久存黏度变化极小，即使在高温下，也极为稳定。如加热至300℃不会分解；经95～100℃热处理，聚丙烯酸钠的水溶液黏度仅降低3／10，而海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等天然黏稠液，其黏度降到初始值的1／10以下。聚丙烯酸钠用于分离铝厂赤泥(redmud)十分有效，就是基于聚丙烯酸钠具有优良的热稳定性。除热稳定性之外，聚丙烯酸钠水溶液还具有优良的冷冻稳定性、机械稳定性和贮存稳定性，在经过冻结、搅拌和长期贮存后，其黏度均无显著变化。此外，聚丙烯酸钠水溶液生物稳定性也比较好，不易腐败。蚃聚丙烯酸钠的分子链中含有大量的强亲水性基团(_tOONa)，因此其吸湿性极强。干燥产品在空气中可以吸湿自重的10％，而高吸水树脂则可以吸收自重1000倍以上的蒸馏水；但在无机盐等电解质溶液存在的情况下，其吸水性能将下降。聚丙烯酸钠水溶液成膜相当困难。但可以用浸渍或涂布方法，在表面上制成透明均一的涂膜。螀聚丙烯酸钠具有许多优异的性能，不同分子量的聚合物其亲水性、硬度、强度、附着力等性能差别很大。这些差异及它们本身具有的许多优异的物理和化学性质是这些聚合物获得广泛应用的基础。蚁1.2聚丙烯酸钠的化学性质膅(1)化学反应性蚆聚丙烯酸钠可与醇类、环氧化合物等反应，生成相应聚丙烯酸酯。当与多元醇(如7,--醇和甘油)反应时，则可以导致聚合物的交联，使聚合物具有不溶于水的特性，因而在纺织上胶时可用作耐久涂料。聚丙烯酸钠可与二价以上的金属离子(如铝、铅、铁、钙、镁、锌)形成不溶性盐，引起分子交联而凝胶沉淀。袀丙烯酸聚合物可以与聚醚生成一种缔合络合物，也可以与聚乙烯吡咯烷酮反应生成相似的络合物。聚丙烯酸与各种黏土之间也能生成络合物，与尼龙之间也存在着络合效应。在150C或更高的温度下，聚丙烯酸失去水及其它挥发物，主要产物是聚丙烯酸酐；在300C左右可以进一步反应，随着二氧化碳的析出而形成环酮结构；在350。C或更高的温度下，则形成降解的结构。螈(2)高分子电解质特性袆丙烯酸钠聚合物是水溶性高分子电解质，属于分子胶体。可连结成链状并有众多离解基团。因此当其溶于水时，大部分解离成高分子离子和许多小分子离子(Na+)。由于大分子链上羧酸跟负离子的作用，在大分子链附近存在较强的静电力，使得大分子链上的羧酸根与阳离子之间的静电吸引力远大于相应的单体羧酸根与相同阳离子之间的静电吸引力。羧酸根对阳离子的束缚作用随聚合物解离程度增大、阳离子价数增加、离子半径减小而增加，因此聚丙烯酸及其钠盐对二价蒅金属离子的束缚作用比对一价金属离子强。正是由于高分子电解质这种独特性质，使得聚丙烯酸钠在许多领域内得到应用。羀当聚丙烯酸钠溶于水时，低分子离子(Na勺从高分子链上离开，高分子离子就变为超多价离子，带有众多的负电荷。由于同种离子相斥，与未离解时相比，高分子离子变得具有伸展成完全棒状链的倾向。因为这种倾向，高分子离子的有效电荷增加。但随着高分子离子有效电荷增加，则已电离出去的低分子离子，被变强的静电引力所吸引，又重新聚集到高分子离子周围，固定在高分子上。相当于高分子离子的有效电荷又减少了，同种离子的斥力变弱，高分子离子链呈现由棒状变为缠结状屈曲的倾向。结果高分子离子就处于伸展和屈曲这两个相反作用的平衡状态之中。膈当聚丙烯酸钠形成缠结状高分子链时，由于其大分子离子所具有的高电荷强烈吸引反离子，并将他们固定下来，反离子浓度比聚合物离子链周围溶液中浓度高，因而对外部所具有的渗透压就变大。与此相反，反离子开始从高分子相离去，高分子离子受反离子影响小。由于同种电荷相互间的斥力，高分子离子再次伸展成为棒状。薈聚合度为1000的聚丙烯酸钠水溶液，缠结时的直径是lOem。若用碱中和，伸展为棒状，长度达lOm。可见，离解性的高分子电解质溶于水时，在黏度、渗透压诸方面，均呈现特异的性质。膃(3)黏度特性羀聚丙烯酸钠水溶液浓度为0．5％时，黏度约为1Pa．s，与CMC(羧甲基纤维素钠)的黏度大体相等，是海藻酸钠的15-'20倍。加热处理、中性盐类、有机酸类等对其溶液黏度影响很小；碱性条件下，其黏度增大。蕿聚丙烯酸钠是电解质高分子，可溶于水和极性溶剂。与非电解质高分子有极大的不同，其稀溶液的黏度对浓度显示出特异的关系，非电解质高分子的比浓黏度随浓度的增加而缓慢增加，而聚丙烯酸钠的比浓黏度随溶液的稀释而显著增大。这种反常的现象叫聚电解质效应。这是因为随着溶液的稀释，聚合物电离度增大，每个大分子链上的羧酸根阴离子增加，促使原来卷曲的大分子链伸展开来。肆随着溶液的稀释，水分子向高分子线团内部扩散，使其体积膨胀。线团的膨胀和分子链的伸展都使分子间运动的阻力增大，使黏度上升。羂除了溶液浓度之外，其可以影响聚电解质离解的酸、碱、或盐也会影响其黏度。以聚丙烯酸为例，当其溶于水时，离子化程度不高，呈整齐的线圈状(缠结状)，水溶液黏度也较低。若在其中加入稀盐酸，则会使离解度进一步减小，呈线圈状态的比例增加，黏度进一步降低。若添加氢氧化钠，则会使离解度增加，缠结的大分子链伸展开来，黏度增大。但是如果达到完全中和，再添加过量氢氧化钠，则钠反离子增加，将抑制聚合物链的离解，并使羧基间的斥力为钠反离子所中和，从而导致部分聚合物链缠结化，溶液黏度又开始降低。如果在聚丙烯酸钠水溶液中添加食盐、氯化钙、芒硝等中性盐，则羧基间的斥力因受添加金属离子(反离子)的影响而变弱，产生缠结状的倾向，水溶液的黏度因而降低。在这种情况下，添加中性盐的浓度越高，吸附、固定在高分子离子上的反离子越多。而且如果反离子是多价金属离子，则更容易固定在高分子上，使高分子链的有效电荷减少，链间的静电斥力减弱，使高分子链趋于缠结，水溶液黏度降低。而且，即使同样是一价离子，钾离子的固定能力也比钠离子强。同时添加中性盐可以使聚合物分子线团内外渗透性均一，从而消除了聚电解质效应，逐渐丧失异常的黏度特性，表现出非电解质高分子的性质。肀(4)吸附特性羀丙烯酸钠对悬浮在水中的阴离子、阳离子、非离子型的细小粒子都有凝聚作用，故在工业中作为絮凝剂、分散剂、增稠剂等得到广泛使用，并且日益受到重视。聚丙烯酸钠具有这些用途与其吸附性能是分不开的。用作絮凝剂时，聚丙烯酸钠在吸附基质问搭桥，当吸附基质在聚电解质分子链上吸附达一定量时，就会产生絮凝。而且，若是长链线型高分子，其凝聚力还会有某些程度的增大。聚丙烯酸钠的凝聚作用，尤其对胶体状悬浮液的凝聚作用，主要有两方面的因素。第螈一，丙烯酸聚合物电离后带负电荷，中和了水中带正电颗粒的电荷，构成准离子键。第二，由于高分子电解质的电离，聚合物链伸展开来，使悬浮粒子的吸附及粒子之间的交联容易进行，就像是用聚合物链将悬浮粒子成串地连成串珠，也就是架桥作用。肅随着高分子量聚丙烯酸钠用量增加和被凝聚的悬浮粒子在水溶液中的浓度增加，会导致过量地吸附分散的悬浮粒子。结果，表面电荷反转，亲水性增大，显示保护胶体作用，使粒子分散体系稳定.腿聚丙烯酸钠对聚合物乳液有增稠作用，其作用机理是一个水溶性聚合物分子可以吸附几个乳液分子，导致分散体系整体地形成三维网状结构。这种吸附作用主要有四种类型。第一，范德华力相互作用，在同种性质的微粒之间总是互相吸引的；第二，静电相互作用，可以是排斥力，也可以是吸引力；第三，溶剂化效应带来的短程相互作用；第四，构象熵作用，这是聚电解质大分子特有的吸附作用，排斥与吸附均有可能。根据聚电解质所处的条件不同，这四种相互作用导致聚电解质表现出不同的吸附性能。影响吸附性能的因素主要有吸附基质的表面电荷(电荷密度和电性)、离子强度、溶液pH值、聚电解质分子量等。聚电解质的吸附性能与其分子链的构象有着密切的关系，以上四种相互作用就是通过改变分子链构象而对吸附性能施加影响。在不同条件下，聚电解质分子链将以环状(100p)、尾状(tail)、棒状(train)三种构象中的一种为主，从而导致了不同的吸附性能。环状构象、尾状构象对分散作用有利，而棒状构象则对絮凝作用有利。肇(5)对阳离子的束缚性膆在聚丙烯酸钠水溶液中添加钙、钡、铬、镁、锌、铝的氯化物，会产生不溶性凝胶。这是由于聚丙烯酸链上的羧酸根对阳离子有束缚作用，这种束缚作用随聚丙烯酸离解程度的增大而增强，随阳离子价数的增加、离子半径的减小而增加。螄因此同一种聚丙烯酸对二价金属离子的束缚作用比一价金属离子强：由于聚丙烯酸的羧酸基比聚甲基丙烯酸的羧酸基容易离解，因此在中和度相同时，聚丙烯酸对阳离子的束缚作用比聚甲基丙烯酸强。羧酸根对阳离子束缚作用的机理是，聚丙烯酸钠分子链上有许多羧酸根负离子，这些负离子使大分子链附近存在强大的静电力，这些静电力使阳离子与大分子链上的羧酸根离子之间的亲和力比相应单艿体的羧酸根与同样的阳离子间的亲和力更大。蒈1．3低分子量聚丙烯酸钠的应用袈聚丙烯酸钠属阴离子型聚电解质，具有多种多样的物理化学性质，因而具有各种多样的用途，已在涂料、造纸、纺织、石油化工、采矿、食品、医药、化妆品、造纸、土建、水处理、农林园艺、生理卫生等等领域获得广泛应用。薃因分子量的差，异聚丙烯酸钠具有不同的用途。可分为低分子量聚丙烯酸钠(约1000,--5000)主要起分散作用，是很好的阻垢分散剂和缓蚀剂；中等分子量聚丙烯酸钠(约104-106)主要起增稠作用，是纸张增强剂；高分子量聚丙烯酸钠(约106～107)主要起絮凝作用，可作为絮凝剂。超低分子量(700以下)聚丙烯酸钠盐的用途还未完全开发，而超高分子量的聚丙烯酸钠高吸水性树脂主要用作吸水剂。分子量在500,--5000的低分子量聚丙烯酸钠，具有良好的分散、阻垢和缓蚀性能，主要应用于如下领域：在油田化学品中用作降黏剂；在工业热设备、水处理工业中用作除垢、防垢剂；在造纸工业中用作颜料分散剂；食品工业中用作增稠剂；纺织工业中用作上浆剂、分散剂；石油化工中用作钻井业降粘剂；洗涤剂工业中用作助洗剂。此外，还可用作粒状农药的载体、涂料分散剂、陶瓷添加剂、高效水泥减水剂、金属材料的新型淬火剂等。薃在工业用水中冷却水的用量占首位，节约冷却水成为工业用水的首要目标。而80％以上的冷却水可循环使用，因此节约冷却水的主要方法是采取循环冷却水并提高浓缩倍数。但冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，冷却塔和冷水池在室外受到阳光的照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，在循环系统运行中各种无机离子和有机物质不断浓缩，浓度逐渐增大；而且在冷却塔中和空气接触，水中含氧量逐渐提高，一些微生物在水中繁殖。会引起严重的沉积物的附着、设备腐蚀和菌藻微生物的大量滋生，由此引起粘泥污垢堵塞管道等问题，它们会威胁和破坏工厂生产安全。罿在使用循环冷却水并不断提高浓缩倍率时，必须要选择经济实用的循环冷却水处理方案，解决和改善上述问题。多年来，科学工作者不断提出各种有效的方法，可以采用物理方法或化学方法处理污垢。物理方法主要是利用磁化法、静电法及超声波法阻垢防垢。化学方法有软化法、酸化法、碳化法及化学阻垢剂或除垢剂的应用。虽然物理阻垢法在某些特定的条件下有所应用，但其阻垢的效果尚无法和化学法相比，技术尚待完善。莆循环水化学处理已被实践证明为行之有效的方法，即添加少量的化学药剂(每升几或几十毫克)就能抑制结垢、腐蚀和藻类滋生。该方法较其他方法具有成本低、易于操作、阻垢效果好的优点，成为研究开发的热点内容。循环水化学处理从20世纪20年代出现以来，已从开始以抑制腐蚀为主的酸性法，过渡到以抑制结垢为主的碱性法。碱性法在自然pH条件下运行，无须加酸调节pH值，大大减少了因加酸操作不当而引起的设备腐蚀和结垢问题，并降低了操作工人的劳动强度。在使用碱性法处理的循环水系统，水质的腐蚀倾向大大减小，但结垢倾向大大增加，成为水处理中的的主要问题。因此，抑制结垢是碱性法水处理技术应用的关键。为此，人们对垢的类型和成垢机理进行大量的研究，认为抑制结垢的有效手段是添加阻垢分散剂。阻垢分散剂能