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    高分子聚丙烯酰胺質量控制探討

    發布日期:2015-05-23 10:51:53
    質量控制
    聚丙烯酰胺(PAM)作為一類重要的化學助劑廣泛應用于油 田開采、選礦、造紙、水處理等領域[1]。在外,PAM主要應用 領域是造紙、冶金、選礦等行業|W|,而在國內PAM應用最大的 領域是油田開采和造紙行業•但隨著經濟的發展,國家對環境污 染的重視.PAM作為絮凝劑在污水處理行業的應用也在迅速增加
    [5]。
    ‘目前中國已經成為PAM生產和消費的第一大國,我國PAM 的生產M己占全球份額的40 %[6]。但我國仍需從國外市場進口大 MPAM,主要來自于日本、臺灣等國家和地區p]。主要原因就是 W內火部分PAM產品種類單一、穩定性差等,使得PAM質m難 以達到造紙廠的要求。隨之我國經濟的高速發展,PAM的需求M 還會迅速增加,但是H前國內PAM市場良莠不齊,隨著國外公司 的遷入,如n本的荒川化學工業公司、精工PMC公司、播磨化 學公司等,勢必對國內市場造成更大沖擊加強PAM市場的管 理,提髙PAM質量控制是規范市場的前提。
    1聚丙烯酰胺生產技術特點
    國內PAM生產工藝起步晚,且近年來沒有很大的發展。與 國外先進生產技術相比.能耗高,產品質量不穩定m。生產仍限 J'•采用銅系催化劑,固定床工藝路線™。骨架銅催化劑主要有 Cu-Cr合金、Cu-Ni合金及Cu-Al-Zn合金等。PAM的生產技術主 要有化學法和生物法兩類[111。
    1.1化學法 1.1.1懸浮聚合法
    懸浮聚合工藝就是在強烈的攪拌作用下將單體或單體混合物 分散在介質中進行聚合的過程[12]。工藝的關鍵在于分散相離子尺 汴的控制,決定粒子尺寸的因素主要是攪拌和分數穩定劑等。如 在聚合過程中添加無機鹽可調節體系的表面張力,增加懸浮穩定 性而對聚合過程影響^大,但加入少量-元、二元或多元羧酸鹽 有可能使產物分子M增加、聚合速率下降的特點[13]。
    懸浮聚合雖具有工藝簡單.操作方便,聚合物易分離、洗滌、 干燥的優點。但是在懸浮體系中由于大量有機溶劑的使用,生產 操作不太安全,有機溶劑的冋收也是技術上的一個難題[141。
    1.1.2反相乳液聚合法
    反相乳液聚合體系包括:水溶性AM單體、水溶性陽離子或 陰離子功能單■體、引發劑、W/OM乳化劑、水相、連續相和助劑 等11\由于聚合反應是在分散于油相中的AM微粒中進行,在聚 合過程中放出的熱量散發均勻,反應體系平穩,易控制,聚合速 中.高,產物相對分子質量高等特點,此種方法在PAM生產中的應 南正在越★運廣泛叫。
    AM反相乳液聚°合的動力學和所得聚合物的性質,取決于乳 化劑及引發劑的種類及濃度、用作分散劑的溶劑的性質、溫度以 及攪拌速率。反相乳液聚合生產的PAM膠乳與水溶液聚合法生產 的水溶膠產品和F粉產品相比較,膠乳的溶解速率快,相對分子 質量高且分布窄,殘余單體少。反相乳液聚合法適宜大規模工業 生產,但生產成本稍高于其他技術。
    1.1.3反相微乳液聚合法
    反相微乳液聚合技術是化工領域應用非常廣泛的一種技術, 該技術自被Schulman和Hoar等人1171利用水、乳化劑和油等原料發
    明以來,得到極大發展。
    在20世紀80年代,Candau首次提出反相微乳液聚合技術,改 技術得到的膠乳產品粒子細小均勻,并且具有非常好的水溶性。 該技術解決了膠乳產品穩定性的問題,使得反應速率更快|17]。但 是要想取得較好的聚合效果,無論正相還是反相微乳液都必須選 擇適宜的乳化體系,單…乳化劑體系以及多種乳化劑體系配合使 用,效果顯著。
    1.1.4水溶液聚合
    水溶液聚合法是較為成熟,應用廣泛的技術。該技術將催化 劑和丙烯酰胺同時溶解于水中發*聚合反應,所得產品為膠體。 并在烘箱中脫水干燥得到粉末狀產品。AM水溶液在適當的溫度 下,幾乎可以使用所有的f彳由基引發方式進行聚合,聚合過程遵 循般自由基聚合反應的規律。工業上常用的適引發劑的熱分解 引發和氧化還原引發,隨引發劑種類的不同,聚合產物結構和分 子量有明顯差異。AM聚合反應放熱量大,約82.8 kJ/mol(U70 kJ/kg),而PAM水溶液的黏度又很大,所以散熱較困難。工業生 產中根據產品性能和劑型要求,可采用低質量分數(8 %?13 %), 中質景分數(25 %?35 %)或高質量分數(>40 %)聚合^1。
    水溶液聚合法操作簡單,環境污染少,聚合物產M卨R易獲 得高相對分子量的聚合產物。目前,水溶液聚合的研究己經比較 深入,但該法也存在一些缺點,聚合溶液質量分數低。在制成干 粉過程中,高溫烘干和剪切作用又容易使高分子鏈降解和交聯, 使粉劑產品的溶解性、絮凝性降低等。
    1.2生物法
    生物法采用生物酶作催化劑,將丙烯腈、水和生物催化劑調 配成水合溶液,在催化反應后分離出廢催化劑就可得到丙烯酰胺 產品。目前掌握微生物法丙烯酰胺生產技術的ra家只有我丨甸、法 國、日本、俄羅斯以及韓w。我國的生產技術己經領先國際。采 用國內技術生產的產品不但性能好,酶活力高于國外水平,而且 透雨采用了游離細胞分離耦合技術,工藝也較國外更為簡咿,能 耗更少。
    與銅催化水合法相比,其特點是:丙烯腈單程轉化率高,為 99.99%,無副反應,無需銅分離工段,無需離f交換處理,使分
    離精制操作操作簡單,設備投資少,生產經濟效益高;特別適合 于生產高粘度的超高相對分子量的PAM。目前我國已攻克了各種 工程放大技術,微生物法丙烯酰胺總產m已居世界第一。M外生 化法技術坫首先由日本曰東公司幵發的,口東生化法仍以內烯腈 為原枓,泎多級連續平流型反應器內進行水合反應,反應物經泡 沫分離和過濾Ft接得到50 %的丙烯酰胺申體溶液。其技術的先進 性表現在腈水合酶催化劑選擇性好,收率高,產品雜質少,副產 物少,反應在常溫、常壓下進行,©去了產品提濃和丙烯腈冋收 等工段,使工藝得到簡化。
    微生物法現已發展為三種具體技術:應用膜技術的微牛.物法, 微生物連續催化法,使用經丙烯酸水溶液洗滌的微生物催化劑。 生物法相對化學法擁有巨大優勢,從成本ht,僅原料消耗•項, 微生物法具有很大優勢,丙烯腈中耗為0.78 t/t,而化學法為0.85 t/t。從長遠•微生物法將成為PAM生產的主導技術。
    2聚丙烯酰胺的市場分析
    從經濟發展的趨勢看,隨著我國自身經濟的快速發展,我_ 迅速發展成為世界制造業的中心之一。西法發達國家向我國等發 展中國家轉移本㈤己失去競爭優勢的勞動密集塱產業,PAM行業 也在此類。山子我國極具潛力的PAM消費I打場、以及相對寬松的 投資、生產環境,為PAM產業的快速發展提供了廣闊的空間。2010 年全球PAM消費1約為104萬t,預計到2012年全球年增長率 為5.4%,增長率最高的地區為:拉美、亞洲、和中東。水處理和 造紙業是世界PAM的1:要消費領域,合計占PAM消費量的80 而我國PAM消費的最大市場為采油,其消費量占總消費M的68
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    °我國PAM產業發展至今,雖然產能已經達到國際領先水平, 但是也存在較多的問題需要解決。
    (1)生產丄藝相對落后。我國的生產水平跟國際先進水平相比 還是比較落后的。我國現有生產工藝大多是在20世紀80年代從 法國等國家引進的技術。但由于丨_|前大部分生產都保留著間歇性 的生產工藝,生產機械化水平低,幣體的生產效率無法提高。圍 外采用的連續性操作生產工藝,萬噸級規模的生產線只需4?5個 工人,而R內的間歇生產工藝卻需要50?60人。
    (2)產品質量相對較差。受到企業生產規模和生產工藝的影 響,我國PAM產品的質量相對國外成熟企業來說相對差些。由f 大量小規模生產企業混雜其中,產品質量、服務無法保證。fU場 上很多PAM產品表觀相對分子量高,實際相對分子量低,經常出 現潮解、無絮凝效果、粘稠度不達標等M題[2QI。
    (3)產業結構+合理。由于生產技術上的原因,國內…般采用 間歇式生產工藝,能耗大、效率低、成本高,限制了產品種類的 發展。國內PAM的主要品種是干粉和膠體,能夠生產乳液、懸濁 液、球狀、粉狀等多種形式產品的廠家極少。相對而言,國外的 專利型產品多,其中陽離子PAM產品占50 %以上,而我國相應 地比較缺乏,大部分依靠進口解決需求。
    3聚丙烯酰胺行業發展建議
    (1)提高生產工藝水平,實現專業化、自動化、規?;?。H前 PAM生產企業可根據自身條件,通過加大科研投入或借鑒W外成 熟企業的發展經驗,采用靈活的方式獲得更為先進的生產」:藝和 技術。逐漸向自動化方向改進,提髙生產效率,降低生產成本。
    (2)企、Ik整合,擴大規模,避免軍:復建設。當前國內PAM行 業火小企業并存,|丨丨場發展良莠不齊。A有較強實力的企、Ik應該 抓住時機進行1并重組,淘汰落后技術和產能,擴大生產規模, 實現規模經營。
    (3)規i市場競爭,提高品牌效應。當前眾多小廠家為爭奪 PAM國內市場份額進行的以降低產品質最的壓價競爭給企業帶 來了極大損失,也使行業的健康發展受到了影響。所以規范PAM 的使用市場,提卨企業的品牌意識非常甫要。
    4結語
    隨著網際油價的不斷攀升,為了提高油田的采油質量,預計 未來將有更多的汕田要大量使用PAM,,同時隨著我國環保意識的 逐漸加強,PAM在水處理行業的應⑴必將逐漸加強。未來我閩的 PAM消費市場必將進一步繁榮,因此加強PAM生產的質M控制, 規范PAM行業的發展將變得異常取®。冋時PAM行業也將成為 •個帶動我國經濟發展的新興產業。
     
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