主要原料丙烯酰胺單體:這是生產(chǎn)聚丙烯酰胺的核心原料。丙烯酰胺是一種白色晶體化學(xué)物質(zhì),是生產(chǎn)聚丙烯酰胺的基礎(chǔ)。它含有碳、氫、氮、氧元素,其化學(xué)結(jié)構(gòu)中的雙鍵使得它能夠在引發(fā)劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng),生成聚丙烯酰胺這種高分子聚合物。工業(yè)上,丙烯酰胺主要是通過丙烯腈水解得到,這種生產(chǎn)方法能夠保證丙烯酰胺的產(chǎn)量和質(zhì)量,滿足大規(guī)模生產(chǎn)聚丙烯酰胺的需求。
引發(fā)劑氧化 - 還原引發(fā)體系:如過硫酸銨 - 亞硫酸氫鈉。在聚合反應(yīng)過程中,過硫酸銨可以分解產(chǎn)生自由基,亞硫酸氫鈉則可以促進(jìn)自由基的生成和傳遞。過硫酸銨受熱分解產(chǎn)生硫酸根自由基(),這些自由基能夠引發(fā)丙烯酰胺單體分子中的雙鍵打開,開始聚合反應(yīng)。反應(yīng)過程中,亞硫酸氫鈉會與過硫酸銨產(chǎn)生的自由基發(fā)生反應(yīng),進(jìn)一步生成新的自由基,使聚合反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。這種引發(fā)體系的優(yōu)點是反應(yīng)比較溫和,能夠在較低的溫度下引發(fā)聚合反應(yīng),適合于水溶液聚合等生產(chǎn)工藝。
偶氮類引發(fā)劑:例如偶氮二異丁腈(AIBN)。它在加熱或光照條件下會分解產(chǎn)生氮氣和兩個異丁腈自由基,這些自由基能夠引發(fā)丙烯酰胺的聚合反應(yīng)。其分解反應(yīng)式為:。偶氮二異丁腈引發(fā)的聚合反應(yīng)具有反應(yīng)速度快、引發(fā)效率高的特點,并且分解產(chǎn)物比較單純,對聚合物的質(zhì)量影響較小,主要用于本體聚合、溶液聚合等工藝。
溶劑(根據(jù)生產(chǎn)工藝選擇)水溶液聚合溶劑 - 水:如果采用水溶液聚合方法生產(chǎn)聚丙烯酰胺,水是主要的溶劑。水的純度會對聚合反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響,一般要求使用去離子水或蒸餾水,以避免水中的雜質(zhì)(如金屬離子、氯離子等)干擾聚合反應(yīng)或者影響產(chǎn)品的性能。在水溶液聚合過程中,丙烯酰胺單體溶解在水中,在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng),形成聚丙烯酰胺水溶液,之后可以通過干燥等工藝得到固體聚丙烯酰胺產(chǎn)品。
反相乳液聚合溶劑 - 油相溶劑和乳化劑:對于反相乳液聚合工藝,需要油相溶劑,是一些有機溶劑,如芳烴類溶劑(像甲苯、二甲苯等)。同時還需要乳化劑來使丙烯酰胺單體分散在油相中,形成乳液體系。乳化劑一般是表面活性劑,例如 Span - Tween 系列乳化劑。Span 系列(如 Span - 80)為親油性乳化劑,Tween 系列(如 Tween - 80)為親水性乳化劑,它們配合使用可以使丙烯酰胺單體在油相中穩(wěn)定分散,為聚合反應(yīng)提供合適的反應(yīng)環(huán)境。
鏈轉(zhuǎn)移劑(用于控制分子量)醇類鏈轉(zhuǎn)移劑 - 異丙醇:在聚合反應(yīng)中,為了控制聚丙烯酰胺的分子量,有時會加入鏈轉(zhuǎn)移劑。異丙醇是一種常用的鏈轉(zhuǎn)移劑,它可以與增長的聚合物鏈發(fā)生反應(yīng),使鏈終止或轉(zhuǎn)移,從而降低聚合物的分子量。當(dāng)聚合物鏈自由基與異丙醇分子相遇時,會奪取異丙醇分子中的氫原子,使聚合物鏈終止生長,同時產(chǎn)生一個新的異丙醇自由基,這個自由基活性較低,不容易引發(fā)新的聚合反應(yīng),從而達(dá)到控制分子量的目的。
硫醇類鏈轉(zhuǎn)移劑 - 十二烷基硫醇:十二烷基硫醇也是一種有效的鏈轉(zhuǎn)移劑。它的作用原理與異丙醇類似,其分子中的硫 - 氫(S - H)鍵比較活潑,容易被聚合物鏈自由基奪取氫原子,從而使聚合物鏈終止或轉(zhuǎn)移,并且硫醇類鏈轉(zhuǎn)移劑對分子量的控制更加,能夠根據(jù)需要生產(chǎn)出不同分子量范圍的聚丙烯酰胺產(chǎn)品。
緩沖劑(調(diào)節(jié)反應(yīng)體系 pH 值)磷酸鹽緩沖劑(如磷酸二氫鈉 - 磷酸氫二鈉緩沖體系):在聚合反應(yīng)過程中,反應(yīng)體系的 pH 值會影響引發(fā)劑的活性和聚合反應(yīng)的速率。使用緩沖劑可以調(diào)節(jié)和穩(wěn)定反應(yīng)體系的 pH 值。例如,磷酸二氫鈉 - 磷酸氫二鈉緩沖體系,當(dāng)反應(yīng)體系中酸性增強時,磷酸氫二鈉會與氫離子結(jié)合,當(dāng)堿性增強時,磷酸二氫鈉會釋放氫離子,從而使反應(yīng)體系的 pH 值保持在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi),保證聚合反應(yīng)的順利進(jìn)行。
醋酸鹽緩沖劑(如醋酸 - 醋酸鈉緩沖體系):醋酸 - 醋酸鈉緩沖體系也是常用的緩沖劑之一。它的作用原理與磷酸鹽緩沖劑類似,通過醋酸和醋酸鈉之間的酸堿平衡來調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的 pH 值,為聚合反應(yīng)提供適宜的酸堿度環(huán)境,確保聚合反應(yīng)能夠在穩(wěn)定的條件下進(jìn)行,并且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能穩(wěn)定性。