摘要：综述了聚丙烯酰胺（PAM）水溶液的物理化学性质。
聚丙烯酰胺（Polyacryamide，简称PAM）是一类重要的水溶性高分子聚合物，源于分子结构上的特性，聚丙烯酰胺具有特殊的物理化学性质，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，广泛应用于国民经济各个行业，享有“百业助剂”之称。随着我国工业化迅速发展，聚丙烯酰胺应用范围不断扩大，需求量也不断增加。
聚丙烯酰胺（PAM） 产品主要有3大剂型，即水溶液胶体、粉状和乳液，每种剂型中都有不同离子型产品。根据PAM大分子链上官能基在水溶液中的离解性质，可将其分为阴离子型（CPAM）、阳离子型（APAM）、非离子型（NPAM）及两性离子型。
PAM的应用主要视其水溶液的性质而定，因此需要了解聚丙烯酰胺水溶液的特性，对聚丙烯酰胺的扩大应用和工业化快速发展具有重要意义。
聚丙烯酰胺水溶液的性质
1、物理性质
PAM能以任意比例溶于水，溶解不受温度影响，其水溶液为均一清澈的高黏度液体。在适宜的低浓度下，聚合物溶液可视为网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点；浓度较高时，由于溶液含有许多链-链接触点，使得PAM溶液呈凝胶状。
PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性，对电解质有很好的相容性，对氯化胺、硫酸钙、硫酸铜、氢氧化钾、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感。
PAM水溶液的黏度不仅与相对分子质量、浓度、温度有关，而且还受pH值、水解度及含盐量等因素影响。在一定温度下，黏度随PAM分子量和浓度的增高而增加，近似可成对数关系，对高分子量的PAM而言，即使百分之几的质量分数，其溶液已相当黏稠。升高温度能降低黏度但不显著。水解度增加，黏度增加，无机盐的存在会使溶液黏度下降。pH的大小直接影响水解PAM分子中羧基的解离程度，进而影响分子在水中的伸展程度，使黏度发生变化。
PAM水溶液为假塑性流体，浓度稍高时机械缠绕足以影响黏度，其黏度随剪切速率增加而下降，这是由于在剪切作用下大分子链伸展，堆积密度降低的结果。
PAM水溶液的稳定性已能满足许多应用方面的要求，但会受物理应力和化学反应的影响，或因细微的链构象重排而使溶液在陈放数日或数周内，黏度越来越小，这将会降低它的使用效能。所以在制造和贮运时，要细心控制条件，一般贮存温度不宜超过50℃或更低的温度。其他因素包括剪切、光、超声波和加热都可使聚合物降解。
2、化学性质
2.1 水解反应
PAM在80-100℃碱性条件下，可以通过它的酰胺基水解而转化为含有羧基的聚合物，这种聚合物和丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的结构相似。反应式如下：
由于水解产物中还含有酰胺基团，这表示酰胺基并未完全水解，因此这种水解产物称为部分水解PAM。工业生产中，常采用在AM聚合前的溶液中加进碱，或者在聚合后的PAM胶体中拌进碱制造部分水解的PAM。用这种方法很容易得到水解度为30%（物质的量分数） 的阴离子PAM产品。但要制备高水解度（特别是70%以上） 的阴离子PAM产品时，要用AM和丙烯酸钠共聚的方法。
2.2 交联反应
PAM与甲醛水溶液在酸性条件下共热可发生交联反应，分子间的酰胺基通过亚甲基而交联成不溶性凝胶。反应式如下：
凝胶生成速率随PAM和甲醛的浓度及温度增加而增加，乙二醛、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂等均可与PAM发生交联反应。
2.3 羟甲基化反应
在碱性条件下， PAM水溶液与甲醛在40-60℃可发生羟甲基化反应。反应式如下：
PAM和甲醛的羟甲基化反应在酸性和碱性条件下均可进行，在碱性条件（pH值8-10）时反应速率很快；而在酸性条件下反应进行得较慢。因为这时大多数甲醛都以链状形式存在，降低了其有效浓度。在高pH值下，上述反应在室温下也能进行，若加热到100℃以上则发生交联反应，生成不溶性凝胶。
2.4 磺甲基化反应
PAM与亚硫酸氢钠和甲醛在碱性条件下反应，可在酰胺基上引入磺甲基生成阴离子衍生物—磺甲基化PAM。反应式如下：
2.5 霍夫曼降解反应
PAM可与次卤酸盐（如次氯酸钠或次溴酸钠） 在碱性条件下反应，该反应称为霍夫曼降解反应。反应式如下：
2.6 胺甲基化反应
PAM与甲醛和胺在碱性条件下作用，可生成N-甲基化丙烯酰胺聚合物，该反应称曼尼奇反应。反应式如下：
