1、概述
聚丙烯酰胺系列化合物是具有多种用途的聚合物。虽然聚丙烯酰胺早在1893年就由莫尔鲁合成，但直到1950年才开始工业化生产。丙烯酰胺聚合物的主要特点是它具有很牢固的氢键、线性结构和很高的分子量。聚丙烯酰胺的大多数反应是典型的酰胺化学反应。主要的反应是使酰胺水解成羧酸盐离子，即使中性的聚丙烯酰胺转变成强阴离子分子。纯的聚丙烯酰胺均有一定程度的水解，通常水解度低于1%；在中性介质中，水解度很低。在碱性条件下，水解可达35%。而丙烯酰胺-丙烯酸酯共聚物水解时，通常酰胺基官能团比酯难以水解。甲醛、二甲胺与聚丙烯酰胺的酰胺反应—曼尼兹反应，生成二甲胺基丙烯酰胺聚合物。该反应是制备阴离子聚丙烯酰胺的一种方法，它对羟甲基酰胺呈可逆性，并导致交联聚合物的产生。聚丙烯酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠反应称霍夫曼降解反应，其中和反应物已应用于絮凝作用方面。
工业生产的聚丙烯酰胺有多种形式，但大多数为一种可溶解的粉末，依据颗粒的大小、混合的方法和水的温度，可在几小时之内溶解。某些低分子量的聚合物通常为浓度低于30%的粘稠液。还有的是以油包水悬浮液制备的干燥微球，具有粉尘和假比重大的优点。也有的是溶于烃的乳液，含固量约为30-50%，易快速溶解。聚丙烯酰胺可以任意比例溶于水，而浓度大于70%时，实际上是水溶解于聚合物。它也溶解于醋酸、丙烯酸、一氯醋酸、乙二醇醚、甘油、熔融尿素和甲酰胺，但却不溶于大多数的有机溶液。聚丙烯酰胺可用丙酮或甲醇沉淀的方法精制。用含水20-30%的甲醇或丙酮洗涤干燥的聚合物也能将其杂质除掉。纯聚丙烯酰胺的溶解速度一般与pH值无关。但多数商品在弱碱性溶液中溶解速度可加快。聚丙烯胺粘度与其浓度和剪切速度有关，它与前者成对数函数关系与后者成反比关系。然而长时间的剪切，会引起聚合物的断链。
二、生产方法
聚丙烯酰胺是由单体在浓度为10-50%的水溶液中经自由基聚合制得的。生成物再经滚筒干燥、甲醇沉析或共沸蒸馏、于燥过程制成粉状。这种聚合物中含有各种杂质：痕量的单体；催化剂残留物；引发剂；单体的副产物；如水解生成的铵离子；单体的末海尔加成产物；干燥的助剂和表面活性剂等。有些专利提出：加大量的硫酸钠（约20%）可调节聚合。像硫酸钠这样的惰性化合物有利于聚合物的干燥和溶解。
三、聚丙烯酰胺的特性
聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺是低毒的。大多数商品聚丙烯酰胺对皮肤无刺激；但某些水解聚丙烯酰胺内含有残余碱，多次或长时间接触会刺激皮肤。操作时需要戴上防护用具，以避免对眼睛或其它部位的危害。阳离子丙烯酰胺的共聚物可毒死鱼类。这是由于阳离子聚合物与鱼类所分泌的阴离子物质在鳃表面形成一层膜，能使鱼失去吸收氧的能力而死亡。
聚丙烯酰胺物理性质中较有意义的是它的水溶液粘度。特性粘度可用来确定聚合物的分子量，而分子量又是絮凝和增稠的主要参数。非水解聚丙烯酰胺溶液的粘度受pH值的影响不大，但低水解度（如3%）的聚丙烯酰胺粘度却能由pH=3时的0.007帕斯卡秒（7厘泊）增加到pH=7时的約0.021帕斯卡秒（21厘泊），由于电荷斥力引起的链扩展，聚合化产生的离子相互作用使粘度显明增加。这样高的粘度易受可溶盐的影响，但即使加入4%NaCl，也无法完全恢复非离子化时的粘度。
按照特性粘度测定分子量时，为了控制霍斯（Fuoss）效应，通常要求在NaNO3溶液中或在pH=3的条件下进行。分子量在百万以内的聚合物对剪切非常敏感、但在快速摇动或快速搅拌条件下将明显地使剪切降解。如果用高速捏合器进行速溶解，那么在几分钟内，溶液的粘度将大部分遭受破坏。因为该聚合物对剪切敏感，故对其输料系统提出了严格的要求，不允许使用离心泵。
离子交联能使聚合物溶液增稠或胶化。高价金属（如铁和铝）的氢氧化物，可使聚丙烯酰胺水解溶液凝胶化或凝聚。
四、工业应用
1.助剂
前已述及，聚丙烯酰胺具有许多优良性能，因而其用途也很广泛，现分述如下：
聚丙烯酰胺可用于造纸工业作为各种助剂。用它主要是改进填料和纤维的滞留性以及改进纸张的结构，降低白水含固量，提高白水回收装置效率，减少纸张两面性和延长金属丝使用寿命，用于纸张干增强等。
在制糖工业中，阴离子聚丙烯酰胺用于糖浆的澄清可提高滤并的干度和滤液的澄清度。
阴离子聚丙烯酰胺也可用于湿法磷酸分离石膏。在稀磷酸中加入此聚合物，不但可使固体石膏絮凝沉降，而且能减少蒸发器垢的形成和控制重金属后沉淀的形成。
另外，聚丙烯酰胺在制造硫酸铝、洗煤，生产水泥、氧化镁，水的处理，石灰水的软化方面均有应用。
聚丙烯酰胺在工业回收方面应用也很广泛。如，在金属冶炼过程中，洗涤液中加入聚丙烯酰胺除去烟道气中的固体，能减少金属的损失；弱阴离子聚丙烯酰胺与明矾一起使用，可使炼油厂含油污水中的油絮凝成上浮物而加以回收。在浮选型澄清器中加入聚合物，能改善上浮絮凝块稳定性，大大降低下流液含油量和油层水份。
2.炸药
丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺的三元共聚物是凝胶炸药。它们的组成是：
9.5% 硝化甘油
71.5% 硝酸铵
1.2% 硝酸钠
40%羟甲基丙烯酰胺（10%）、丙烯酰胺（75%）和亚甲基双丙烯酰胺（15%）干燥混合物并混合有草酸和一般易燃物。
由高价阳离子Al3+或Fe3+的氢氧化物使聚丙烯酰胺胶化，可制备离子胶化炸药。
其过程如下：
把干基硝酸铵、尿素和2.8%氯化钠混合物放入胶体混合钵中，加入三硝基甲苯和聚丙烯酰胺，混合2分钟。然后再加入由5.2%氯化钠和14.2%热水配成的氯化钠溶液，混合5分钟。后加入溶于0.8%水中的硫酸铝溶液，混合2分钟而得到胶体产物。其产品组成是：
组成 %
硝酸铵（无涂层小球） 18.50
氯化钠 2.80
（氯化钠 5.20）
（水 14.20）
三硝基甲苯 35.00
聚丙烯酰胺 0.62
硝酸钠 17.78
硫酸铝 0.10
水 0.80
尿素 5.00
3.燃料
以亚甲基双丙烯酰胺交联聚丙烯酰胺胶化肼可以制备火箭燃料。
向三份100克的95%无水肼中分别加入不同量的70%丙烯酰胺与30%丙烯酸钠共聚合物，然后再用1000ppmN，N'-亚甲基双丙烯酰胺进行交联反应生成干燥粉末，它在水中的胶粘力为1100。
4.其它
因羟甲基化或离子架桥的聚丙烯酰胺成胶，固化成膜，并能溶于水，故可用于医用胶粘剂、纺织品的上浆和防皱处理以及毛织物衬里。经干燥的羟甲基聚丙烯酰胺便于贮存和应用。
聚丙烯酰胺溶液有很大的润滑性，因此可作为水基润滑剂，用在管路里可有效地降低溶液流动产生的摩擦阻力。
另外，聚丙烯酰胺也可作为胶粘剂、成膜剂，以及用于铵、钡和海水的处理，生产粘土、药品、精细化学品、无机盐、锂、纯碱和颜料等方面。
五、分析
水中痕量聚丙烯酰胺，可按道化学公司提出的两种方法进行测定。
一种方法是用奈斯勒试剂和贝可曼DU型分光光度计或与其相当的仪器进行。分析水样用蒸发或蒸馏法进行浓缩，再用奈斯勒试剂制备样品，经分光光度计测量吸收率，并根据有机氮标准曲线确定丙烯酰胺含量。
二种方法也是用分光光度计测定分析样的吸收率。这种方法是把聚丙烯酰胺转化为N-溴酰胺，然后再用碘化物制成三碘化物。三碘化物用紫外线分光光度计测定，再由吸收率与标准曲线比较确定聚合物的含量。
所应用的聚丙烯酰胺系列，其固体性质、颗粒大小、浓度和处理方法均有很大差别。液体产品中也有可能含有影响处理的化学药剂。其次，pH值、温度、离子强度也影响聚合物的活性。
由于可变因素多，要广泛利用实验室评价来确定在每个特定的系列中由不同聚合物得到的活度。当非常准确地预测活度时，则需要实验室试验来确定适当的聚合物、使用情况以及在加工过程中经过考察的处理方法的作用。
在实验室中主要进行四种试验：（1）沉降性；（2）过滤性；（3）滤水性的改进；（4）填料滞留性的改进。
六、展望
由于聚丙烯酰胺难以溶解，所以期待着出现具有分散均匀、可溶性质的聚合物。近段出现一种在碳氢化合物中乳化的聚合物。预料，聚丙烯酰胺将用于医药和卫生方面，但在使用过程中要注意毒性。为此，应改进残留单体的分析和除去技术。
