聚丙烯酸钠.docx

1聚丙烯酸钠的性质1.1聚丙烯酸钠的物理性质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300C不会分解；经95 100C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(red mud) 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， 不易腐败聚丙烯酸钠的分子链中含有大量的强亲水性基团(_t00Na),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咅以上的蒸馏水；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1.2聚丙烯酸钠的化学性质(1)化学反应性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 150"C 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 300"C 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 CO 或更高的温度下，则形成降解的结构2）高分子电解质特性 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 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。

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10m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3)黏度特性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，贝掇基间的斥力因 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⑷吸附特性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 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 .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直、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5)对阳离子的束缚性 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 体的 羧酸根与同样的阳离子间的亲和力更大。

1. 3 低分子量聚丙烯酸钠的应用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、 米矿、 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。

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。

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。