聚丙烯酰胺按照聚合單體種類不同可分為非離子聚丙烯酰胺、離子型聚丙烯酰胺。
1、非離子型聚丙烯酰胺
非離子型聚丙烯酰胺是丙烯酰胺單體的均聚物(PAM)以及丙烯酰胺與非離子單體的共聚物。非離子型聚丙烯酰胺的分子鏈上不帶可電離基團(tuán),在水中不電離。
2、離子型聚丙烯酰胺
離子型聚丙烯酰胺分為陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)和兩性型聚丙烯酰胺(AmPAM或ZPAM) 。
陽離子型聚丙烯酰胺的分子鏈上帶有可電離的正電荷基團(tuán),在水中可電離成聚陽離子和小的陰離子。
陰離子型聚丙烯酰胺的分子鏈上帶有可電離的負(fù)電荷基團(tuán),在水中可電離成聚陰離子和小的陽離子。
兩性型聚丙烯酰胺的分子鏈上則同時帶有可電離的正電荷基團(tuán)和負(fù)電荷基團(tuán),在水中能電離成聚陽離子和聚陰離子,ZPAM的電性依溶液體系的pH值和何種類型的電荷基團(tuán)多寡而定。
聚丙烯酰胺通常是離子型的,即使是非離子的聚丙烯酰胺也因酰胺基較易水解,而具有陰離子的電性,因此常將聚丙烯酰胺也歸入聚電解質(zhì)一類。
離子性及其離子度是離子型聚丙烯酰胺的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),也是影響其性能與應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)因素。
引入離子基團(tuán)較顯著的作用是:
(1)在水溶液中,它們可使分子鏈擴(kuò)張,增加分子鏈的流體力學(xué)體積(以特性粘度表征),提高其水溶液的黏度;
(2)提高聚合物的親水性和在水中的溶解度;
(3)它們能與應(yīng)用體系中粒子上的電荷產(chǎn)生靜電吸附作用,視具體條件聚合物可對分散粒子起穩(wěn)定或絮凝作用;
(4)賦予聚合物某些特殊性質(zhì),如引入磺酸基可提高聚合物抗鈣鎂離子性能,引入酰氧乙基二甲基芐基胺,其共聚物在水中具有良好的分散作用,可用作丙烯酰胺在水中進(jìn)行分散聚合的分散劑等。
在聚丙烯酰胺的分子中引入離子基團(tuán)的方法,除了丙烯酰胺與離子單體共聚合外,還經(jīng)常利用酰胺基的化學(xué)活性通過大分子的化學(xué)反應(yīng)使聚丙烯酰胺變性。如對聚丙烯酰胺進(jìn)行堿性水解引入陰離子羧基,進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)引入陰離子磺酸基,進(jìn)行曼尼希和霍夫曼降解等反應(yīng)引入陽離子基團(tuán)等。
按照聚合物分子鏈幾何形狀不同,可分為支化型和交聯(lián)型聚丙烯酰胺、疏水締合型聚丙烯酰胺。
3、支化型和交聯(lián)型聚丙烯酰胺
按照聚合物分子鏈的幾何形狀可把聚丙烯酰胺分為線型、支化型和交聯(lián)型。
聚丙烯酰胺分子鏈的形狀一般是線型結(jié)構(gòu)。但是在丙烯酰胺自由基聚合反應(yīng)過程中會發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng),如在α位置生成無規(guī)支化。另外,在聚合過程中也會發(fā)生酰胺基的酰亞胺化交聯(lián)反應(yīng),產(chǎn)生支鏈。在反應(yīng)后期高轉(zhuǎn)化率的情況下,部分分子鏈間也會發(fā)生酰亞胺化反應(yīng),形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
支化高分子又有無規(guī)型、梳型和星型之分,與線型的聚丙烯酰胺比較,無規(guī)支化型的在水中的溶解速率變慢,高分子鏈在水溶液中的流體力學(xué)體積變小和溶液黏度變小,使其應(yīng)用性能變差。梳型的離子型聚丙烯酰胺在水溶液中呈梳子形狀,具有高的增稠性和抗鹽性。新近還出現(xiàn)了星型聚丙烯酰胺。丙烯酰胺與其它單體的接枝共聚物和梳型共聚物是良好的分散劑。
在聚合體系中加入雙烯單體,則可得到交聯(lián)聚丙烯酰胺。常用的雙烯單體有N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)和雙丙烯酸亞乙基酯等。通過添加交聯(lián)劑與丙烯酰胺聚合物分子鏈上的活性基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),也能得到交聯(lián)聚丙烯酰胺。交聯(lián)聚丙烯酰胺物理性質(zhì)的較大變化是不溶于水,但能吸收大量的水。基于這一性質(zhì)可制造水凝膠和高吸水樹脂。
4、疏水締合型聚丙烯酰胺
通過共聚合反應(yīng)在聚丙烯酰胺中引入少量的疏水基團(tuán),一般為2%-5%(摩爾分?jǐn)?shù)),可賦予共聚物疏水締合的性質(zhì)。
共聚物的疏水部分在水介質(zhì)中以類似表面活性劑的方式聚集或締合,使大分子線團(tuán)在水溶液中形成可逆的物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種溶液結(jié)構(gòu)使其水溶液對溫度、鹽及剪切力等的影響顯示出獨(dú)特的流變性,這些獨(dú)特的性能使疏水締合型聚丙烯酰胺在許多工業(yè)領(lǐng)域中具有重要的用途。