聚丙烯酰胺的物理性质:
1.溶解性
聚丙烯酰胺易溶于冷水。分子量对水溶性的影响不太明显。但高分子量的聚丙烯酰胺在浓度超过10%以后,就会形成凝胶状的结构。提高温度可以稍为促进溶解,但溶解温度不要超过50℃,以防发生分子降解。为了获得很好的水分散性,商品聚丙烯酰胺制成片状、粒状为宜。如果允许先使聚丙烯酰胺分散在水溶性醇中,然后再在搅拌下加到水中,将会大大加快溶解速率。聚丙烯酰胺在水中的溶解速率不受pH值的影响,但如果是部份水解的产品,pH值偏碱性,其溶解速率会稍稍增高。pH值大于10.5时,聚丙烯酰胺就会发生水解。未水解的聚丙烯酰胺的稀溶液不受大多数无机盐的影响,但高价盐会析出水解度大于45%的聚丙烯酰胺,因为高价的金属盐与羧基形成不溶于水的盐。
聚丙烯酰胺在有机溶剂中的溶解度一般是有限的。某些化合物,如乙二醇、甘油、二氧六环、丙醇胺、吗啉、丙二醇、醇和环氧乙烷加成物,对它都具有有效的溶剂化作用,相当于聚合物的增塑剂。它不溶于大多数非极性有机溶剂。也不溶于丙酮和甲醇。
可以通过在甲醇或丙酮中沉淀的办法来提纯聚丙烯酰胺。用含20-30%水的甲醇或丙酮对于的聚合物进行洗涤也可以去除杂质。
2.粘度
聚丙烯酰胺水溶液的粘度受溶液浓度、pH值、剪切速率及聚合物分子量的影响。聚丙烯酰胺溶液的粘度和浓度近似于对数关系。
高分子量聚丙烯酰胺浓度超过10%时,就很难处理,升高温度能降低粘度,但并不显著。
非离子聚丙烯酰胺溶液粘度受pH值的影响不明显。但当pH在10以上时,聚合物由于水解,粘度很快升高。这时,pH值的影响才明显地显示出来。
纯聚丙烯酰胺易水解,在水溶液中,当pH值由酸性转到碱性范围时,非离子的酰胺基转为阴离子的羧基,羧基因带负电荷而产生斥力,导致大分子僵直,增加了分子间的摩擦力,粘度因而明显地增加,这种现象只有在溶液存放一段时间后才会显示出来,在溶液配制后3小时左右测定粘度就不会看到这种现象。
聚丙烯酰胺是非牛顿流体,在剪切条件下显示假塑性。剪切速率增大,粘度降低。这种现象可以用高分子链的缠结概念来解释,当剪切速率增大时,缠结被部分地破坏,缠结点的数目因此有所降低,因而导致粘度下降。缠结概念还可以解释下面的现象:聚丙烯酰胺各种不同浓度溶液的粘度随分子量增大的曲线都有一个拐点。这个拐点表示在分子量增大到某一数值后,粘度就急剧增大。这个数值就是大分子链开始产生缠结的分子量。由于缠结,高分子链相互运动受到了空间阻碍,这就使粘度发生突变。据报道这个突变的分子量为44万。
因为聚合物的分子量常采用测定其溶液粘度的方法来确定,因此,对上述因素的影响应予以注意。同时,在利用聚丙烯酰胺溶液粘度的场合,也不应忽视该现象。
3.对盐类等的容忍性
聚丙烯酰胺溶液对电介质有很好的容忍性。如对氯化铵、硫酸钙、硫酸铜、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸、磷酸等都不敏感。对表面活性剂也能相容。
聚丙烯酰胺可耐霉菌的侵蚀,但不耐其它微生物的侵蚀。因此,当聚丙烯酰胺溶液储存时,应含有100-1000ppm的G-4(法国Sindar公司牌号)或NL-4(我国六合化工厂牌号)杀菌剂或其它五氯酚钠之类的杀菌剂。
4.絮凝作用
聚丙烯酰胺分子链很长,这就使它能在两个粒子之间架桥。在部分水解的聚丙烯酰胺溶液中加入氧化铝的水合物时,聚合物的阴离子点吸附氧化铝上的阳离子点,粘度就迅速地增加或凝胶化。这同絮凝的机理类似,即一个分子能同时吸附几个粒子,使它们拉在一起,迅速沉降。如果絮凝剂的用量过多,由于粒子上的吸附点被迅速占领,结果就减少了架桥的可能性,絮凝效率反而降低。
5.降低流体的动力学阻力
聚丙烯酰胺和其它水溶性聚合物一样能大大降低流体通过管线所需要的能量。流体的阻力降取决于聚合物的浓度和流体的线速度。
在水力疏浚作业中经常采用管路输送挖出物。在给定的泵送能力下增加挖出物的流动速率是很有意义的实用技术。使用高分子量的聚丙烯酰胺就可以减少疏浚物的管道阻力。添加100ppm Separan AP273(道化学公司)的聚丙烯酰胺,减阻可达70%。