聚丙烯酰胺的化學(xué)性質(zhì):
聚丙烯酰胺是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的高分子化合物,可以發(fā)生以下幾種聚合物反應(yīng)。
1、水解反應(yīng)
聚丙烯酰胺可以通過(guò)它的酰胺基水解而轉(zhuǎn)化為含有羧基的聚合物。
水解體是一種很重要的陰離子型聚電介質(zhì)。制取低水解度的水解體常采用聚丙烯酰胺水解的方法。因?yàn)?,這樣可獲得較高分子量的水解體。但要制備高水解度(≥70%)的水解體,只能采用丙烯酰胺和丙烯酸共聚的方法,因聚丙烯酰胺水解很難達(dá)到70%以上。用丙烯酰胺和丙烯酸共聚制得的水解體,分子量較低。而用水解法,水解度35%是很容易達(dá)到的。因此,目前,水解度為50%以下的水解體,大多采用聚丙烯酰胺水解法制取。
值得指出的是,由于水解反應(yīng)容易進(jìn)行,大多數(shù)所謂純的聚丙烯酰胺具有一定的水解度,但一般不超過(guò)1%。
水解體廣泛用于絮凝、過(guò)濾、鉆井、泥漿處理劑、油田注水劑及造紙化學(xué)品中。
2.羥甲基化反應(yīng)
聚丙烯酰胺和甲醛在堿性溶液中反應(yīng)生成羥甲基化聚丙烯酰胺,該反應(yīng)叫羥甲基化反應(yīng)。
造紙工業(yè)中使用的羥甲基化聚丙烯酰胺,僅需部分羥甲基化產(chǎn)品。
羥甲基聚丙烯酰胺在加酸或100℃下長(zhǎng)時(shí)間干燥,會(huì)成為不溶性的。過(guò)氧化物催化劑可使羥甲基化聚丙烯酰胺交聯(lián),生成不溶性的聚合物。例如,在pH<4的條件下,羥甲基化聚丙烯酰胺與另一個(gè)分子的酰胺基反應(yīng)而生成亞甲基交聯(lián)鍵。因此,在儲(chǔ)存中,常要求羥甲基聚丙烯酰胺的pH值保持在7-10的范圍內(nèi),以防止成膠。在中性條件下,它的5-10%溶液,至少一周內(nèi)保持穩(wěn)定。但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間貯存后,粘度緩慢地增加。
3.曼尼赫(Mannich)反應(yīng)
將羥甲基聚丙烯酰胺和二甲胺反應(yīng),或?qū)⒕郾0泛投装?、甲醛反?yīng)可生成二甲胺基N-甲基丙烯酰胺聚合物:
該反應(yīng)是制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的一種方法,其產(chǎn)品是一種丙烯酰胺-羥甲基丙烯酰胺-N-(二甲胺基甲基)丙烯酰胺的三元共聚物。由于分子鏈上引入了四個(gè)活性基而增加了污水澄清的速度。
4.磺甲基化反應(yīng)
將羥甲基化聚丙烯酰胺和NaHSO3,或?qū)⒈0泛图兹?、NaHSO3反應(yīng)就可以獲得磺甲基化聚丙烯酰胺:
該反應(yīng)稱為磺甲基化反應(yīng),是在堿性介質(zhì)、pH值為10-13、溫度60-68℃下完成的。生成的磺甲基聚丙烯酰胺的最大磺甲基化度為50%。因此,該產(chǎn)品是丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺、磺甲基丙烯酰胺的三元共聚物。目前,該產(chǎn)品的存放穩(wěn)定性還不理想,但使用在鉆井泥漿和土壤改良方面仍有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力。
5.被夫曼降解反應(yīng)
聚丙烯酰胺可與次氯酸鹽在堿性條件下反應(yīng)而制得陽(yáng)離子型的聚乙烯亞胺:
聚乙烯亞胺為陽(yáng)離子聚電解質(zhì),也可看作是丙烯酰胺和乙烯亞胺的共聚物。它常用于造紙中,提高紙張的干強(qiáng)度;還可用作絮凝劑。
6.交聯(lián)反應(yīng)
聚丙烯酰胺的活性有可能導(dǎo)致聚合物不溶解。交聯(lián)方法有:
(1)將聚丙烯酰胺和三價(jià)鹽、氫氧化鈉一起共熱至90℃、維持兩小時(shí)。
(2)在堿性條件下,將聚丙烯酰胺和乙二醛反應(yīng)。
(3)將聚丙烯酰胺和甲醛在pH值為10-10.5時(shí)反應(yīng),并用酸或游離基化合物處理,或加熱反應(yīng)產(chǎn)物至100℃,生成物為:
(4)把酷酐和聚丙烯酰胺煮沸10-15分鐘,并在150℃維持10-15分鐘。
(5)在分子量約600萬(wàn)的3%的聚丙烯酰胺水溶液中,加入4%的CrCl3·6H2O處理,經(jīng)酸化處理和干燥,制成的膜99%不溶于水。
(6)用多價(jià)陽(yáng)離子如Ca#、Al#、Fe#(檸蒙酸鋁、硫酸鉀鋁、氯化鐵、氯化鈣)等加入聚丙烯酰胺溶液中,就形成凝膠。
(7)離子輻射將使?jié)獾木郾0啡芤耗z化。稀溶液經(jīng)輻射易發(fā)生降解。交聯(lián)后的聚丙烯酰胺生成凝膠,凝膠在空氣中暴露會(huì)吸水而潤(rùn)脹。
凝膠的制備除采用聚丙烯酰胺交聯(lián)的方法以外,也可采用丙烯酰胺和N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、二丙烯酸乙酯等的共聚合反應(yīng)生成不溶于水的凝膠。