聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,簡稱PAM)是 一種線型的水溶性聚合物，是水溶性高分子中應 用最廣泛的品種之一，在石油開采、水處理、紡織 印染、造紙、選礦、洗煤、醫藥、製糖、養殖、建材、農 業等行業具有廣泛的應用。聚丙烯酰胺是丙烯酰 胺(Acrylamide，簡稱AM)均聚或與其它單體共 聚而成的質量分數在50%以上的線型水溶性高 分子化學品的總稱，它所具有的特殊的物理化學 性質，源於其分子結構特性。由於結構單元中含 有酰胺基，易形成氫鍵，所以其具有良好的水溶 性[1]。它易通過接枝或交聯得到支鏈或網狀結構 的多種改性物。聚丙烯酰胺係列產品可分為非離 子型（NPAM)、陽離子型（APAM)和陰離子型 (CPAM)3大類，這些聚合物可以是均聚物，也可 以是共聚物。

1聚丙烯酰胺的應用現狀

聚丙烯酰胺雖然對水的表麵張力降低很小， 但分子中有活性基團，吸附於界麵之後，能改變界 麵狀態，多年來，作為増稠劑、降失水劑、絮凝劑、 分散劑、降阻劑、阻垢劑、流度控製劑等而在石油 工業中，為提高鑽井流體流動性和石油采收率、減 少流體阻力方麵得到廣泛應用[2]。聚丙烯酰胺具 有良好的熱穩定性，溶於水，不溶於除醋酸、丙酸 氯代乙酸、丙烯酸、乙二醇、甘油之外的其它溶劑。 在210°C、無氧條件下，聚丙烯酰胺的酰基脫水轉 變成腈基，在500°C時炭化為黑色粉末。作為一 類重要的絮凝劑、増稠劑、減阻劑、泥漿處理劑、表 麵活性劑、土壤改良劑、水土保失劑、種子包衣劑、 紙力増強劑等而廣泛用於石油開采、水處理、紡 織、造紙、選礦、醫藥、農業等行業，有“百業助劑” 之稱[3]。

在石油開采方麵，聚丙烯酰胺具有増稠、絮凝 和對流體變性的調節作用。可用作鑽井泥漿的増 稠劑、穩定劑和沉降絮凝劑。將聚丙烯酰胺加入 鑽井泥漿中，可以増加泥漿的稠度，提高懸浮力， 使泥漿分散均勻，控製失水，増加穩定性，降低摩 阻，提高固井速度；在三次采油中加入聚丙烯酰 胺，可増加驅油能力，避免擊穿油層，提高油床開 采收率;聚丙烯酰胺用作壓裂液添加劑，可以増加 粘度，提高懸砂能力，降低濾失、減少模阻;還可用 作水油比例控製劑、緩速劑和暫堵劑等。在水處 理中，聚丙烯酰胺絮凝劑，可用於城市汙水、生活 汙水、工業廢水等的處理以及各種地下水和工業 懸浮液的固液分離。在紡織工業中，聚丙烯酰胺 作為織物後處理的上色劑、整理劑，可以生成柔 順、防皺、耐黴菌的保護層;利用它的吸濕性強的 特點，能降低紡細紗時的斷線率。在造紙工業中， 聚丙烯酰胺用作分散劑，可以改善紙頁的均勻度; 用作増強劑，能有效提高紙張的強度;用作助留 劑、濾水劑、沉降劑，能提高填料和細小纖維的存 留率，加速脫水速度，還可沉澱汙水、減少汙染。 在電解冶金中，添加聚丙烯酰胺，可改善金屬在陰 極沉積的質量，並増加電流效率。在米礦、洗煤 

中，采用聚丙烯酰胺作絮凝劑，可促進固體沉降， 使水澄清，同時可回收大量有用的固體顆粒，避免 對環境造成汙染。用作印染助劑時，可使產品附 著牢度大，鮮豔度高。在製糖業，聚丙烯酰胺可加 速蔗汁中細粒子的下沉，促進過濾性能和提高濾 液清澈度。在養殖業中，聚丙稀酰胺可改善水質， 増加水的透光性能，從而改善水的光合作用。此 外，聚丙烯酰胺還可以用作隧道、水壩等工程堵水 固沙的化學灌漿和水下、地下建築物的防腐劑，還 可用作土壤改良劑、纖維改性劑、粘結劑、光敏樹 脂交聯劑等2]。

1.1國外PAM生產及消費情況

目前世界上聚丙烯酰胺的總生產能力約為 55萬t/a，總產量約為50萬t/a。美國、日本、歐 洲是聚丙烯酰胺的主要生產國家和地區，其生產 能力約占世界總生產能力的75%[4]。生產廠家 主要有美國汽巴特種化學品公司（生產能力為1. 2萬t/ a)，道化學公司（生產能力為3. 5萬t/a)， 賽特公司（生產能力為4. 0萬t/ a)，英國的汽巴特 種化學品公司（生產能力為4. 0萬t/a)，法國的 SNF公司（生產能力為7.0萬t/a)等。聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，法國SNF 公司年產7. 0萬t聚丙烯酰胺的裝置是目前世界 上最大的聚丙烯酰胺生產裝置。

各國聚丙烯酰胺的消費結構有所不同，美國 和西歐主要用於水處理，在造紙方麵應用所占比 例相對較小，而日本則主要用於造紙工業。美國 聚丙烯酰胺的消費結構為:水處理占60%，造紙 占25%，礦山占11%，其它占4% ;日本聚丙烯酰 胺的消費結構為:水處理占45%，造紙占32%，礦 山占8%，石油占12%，其它占3%;西歐聚丙烯 酰胺的消費結構為:水處理占29%，造紙占56%， 石油占11%，其它占4%。

據資料統計，2000年美國的聚丙烯酰胺產量 約為16萬t，消費量約為13. 8萬t，出口量為2. 2 萬t;西歐的聚丙烯酰胺產量約為12萬t，消費量 約為10萬t，出口量為2萬t;日本的聚丙烯酰胺 產量約為9. 5萬t，消費量約為7. 4萬t，出口量為 2. 1萬t。預計2005年美國聚丙烯酰胺的總消費 量將達到19萬t，西歐為13萬t，日本為8萬t，亞 洲市場（日本除外)及其它地區的需求量在20萬t 左右。由此可見，2005年世界聚丙烯酰胺的總需 求量將達到約60萬t，其中需求量較大的地區是

1.2國內PAM生產及消費情況

我國聚丙烯酰胺產品的開發始於20世紀50 年代末期，1962年上海天原化工廠建成我國第一 套聚丙烯酰胺生產裝置，生產水溶膠產品；隨後， 吉化公司研究院、中科院廣州化學所也研製成功 聚丙烯酰胺並投入生產。此後，由於聚丙烯酰胺 在油田三次采油中的大量應用，以及在汙水處理、 造紙等方麵用量的増加，我國聚丙烯酰胺的生產 能力不斷擴大，目前生產廠家己經達到60多家， 總生產能力約為16萬t/a，總產量約為12萬t/ a， 生產廠家主要有大慶油田有限公司化工總廠聚合 物廠(生產能力為5萬t/ a)、廣東李壇精細化工廠 (生產能力為2萬t/a)、北京恒聚油田化學劑有限 公司（即北京朝陽水處理劑廠)（生產能力為1萬 t/ a)、江西昌九生化股份公司（生產能力為0. 5萬 t)等，其中多數為規模較小的鄉鎮企業，技術水平 低，品種單一，產品分子量比較小。

在我國，聚丙烯酰胺最早用於礦物精選，而後 在製糖、造紙、鋼鐵、水處理等領域逐漸得到應用。 目前我國聚丙烯酰胺的應用領域主要集中在石油 開采、水處理、造紙、製糖、洗煤和冶金等領域，其 消費結構為:油田開采占81%，水處理占9%，造 紙占5%，礦山占2%，聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，其它占3%。我國聚丙烯 酰胺2000年的產量為9萬t，消費量為11萬t，進 口量為2萬t，2003年的消費量為13萬t，2005年 的總需求量將達到14.2萬t[4]。

2兩性聚丙烯酰胺的應用現狀

隨著工農業的發展，用常規水處理劑難處理 的汙染物，如溶解性物質、色度物質等的排放量不 斷増加。兩性高分子(polyampholyte)，或稱兩性 聚電解質（amphyoteric poly electrolyte)是分子鏈 上同時帶有陰、陽離子基團的高分子，其在水處理 方麵，可用於去除金屬離子、做離子交換劑、絡合 劑、凝結劑、絮凝劑以及汙泥脫水劑等[2]。其應用 的pH值範圍很寬，在酸性介質和堿性介質中都 可獲得良好的絮凝效果和汙泥脫水效果。對廢水 中由陰離子表麵活性劑所穩定的分散液、乳濁液 及各類汙泥或由陰離子所穩定的各種膠態分散 液，均有較好的絮凝及汙泥脫水功效[5]。

亞洲和北美[2]。1)汙泥脫水。經過兩性高分子絮凝劑處理的

與普通絮凝劑相比，兩性高分子絮凝劑在以 下幾個方麵表現出了良好的應用前景：

汙泥，沉降性能好，而且泥餅含水量少。國外己有 將兩性高分子用於汙泥脫水的研究，聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，我國尚未見 有報道。兩性絮凝劑對提高廢水處理的效率以及 對提高廢水處理設施的利用率將有重要作用。

2)去除廢水中的金屬離子。由於兩性高分子 內的陰、陽離子基團能與金屬離子發生螯合作用， 而在等電點時又將其釋放出來，如果等電點處於 堿性環境下，金屬離子則以氫氧化物的形式沉澱， 可分離回收，而兩性高分子處於溶液中，可反複使 用。隨著兩性高分子水處理劑在冶金工業廢水中 的廣泛應用，對重金屬汙染的廢水處理將起積極 作用。

3)去除中、小分子有機物質，如色度物質、腐 殖酸類天然有機物質以及表麵活性劑等。由於兩 性高分子絮凝劑能與染料分子的活性基團絡合、 絮凝達到沉澱脫色的目的，不久的將來，有望解決 我國印染廢水汙染量大、麵廣、色深的難題。兩性 高分子物質與腐殖酸類物質相互作用，可將其應 用於微汙染的給水處理中。

4)去除相對分子量較低的真溶性有機物質。 這類汙染物是普通絮凝劑難以處理的，兩性新型 高分子絮凝劑的陰、陽離子活性基團能與該類物 質產生絡和作用，可將其去除。

5)改性類兩性高分子水處理劑具有原料來源 豐富、無毒、可生化降解、生產工藝簡單、成本較 低、價格便宜等優點。我國動植物資源豐富，天然 有機高分子物質種類繁多，在兩性高分子水處理 劑的生產與應用上，具有廣闊的發展前景。

3 兩性聚丙烯酰胺合成方法

合成具特殊功效的有機高分子絮凝劑，主要 是合成兩性高分子絮凝劑和在絮凝劑中引入疏水

基團。

3.1 合成路線

1)通過曼尼期反應合成兩性聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，聚 丙烯酰胺（PAM)是一種水溶性的有機高分子絮 凝劑，李萬捷等[6]通過試驗以部分水解聚丙烯酰 胺通過曼尼期反應合成了具有羧基和胺甲基的兩 性聚丙烯酰胺絮凝劑。用所製備的絮凝劑產品對 煉鋼廠綜合廢水、毛紡廠廢水及硫酸鋁礦漿的固 液分離進行了不同絮凝劑的對比試驗，結果表明: 在pH和固體懸浮物含量均較小時，兩性絮凝劑 高，固體懸浮物含量較大時，兩性絮凝劑的處理結 果略優於陰離子型但卻明顯好於陽離子型。單獨 使用陽離子或兩性絮凝劑，處理後水質無明顯差 別;但當與聚合氯化鋁混合使用後，兩性絮凝劑處 理效果明顯優於陽離子型絮凝劑，這是兩性絮凝 劑中陰、陽離子基團在廢水處理過程中的協同作 用。用部分水解聚丙烯酰胺通過曼尼期反應製得 了陰離子摩爾分數1〇%~ 30%，陽離子摩爾分數 20% ~ 50%的兩性有機高分子絮凝劑。

2)通過三元共聚合成兩性聚電解質。氯化甲 基丙烯酰氧乙烯基三甲基銨DMC與丙烯酰胺、 丙烯腈或丙烯酸三元共聚可得到兩性聚電解質。 彭曉宏等[7]以DMC、丙烯酰胺和丙烯酸按一定的 配比，在有一定添加劑存在條件下，合成了高效兩 性聚丙烯酰胺，用於生化汙泥的絮凝脫水，具有較 高的濾水量，較低的濾餅含水率，綜合性能優於高 效粉狀的888电子游戏官网絮凝劑。

3)通過自由基溶液聚合合成兩性聚丙烯酰 胺。兩性聚丙烯酰胺分子中含有陰離子和陽離 子，它們在分子鏈中的分布與含量對分子鏈的卷 曲形態有很大影響，並進而影響其絮凝助濾效果。 林芸等[8]合成了兩性聚丙烯酰胺（APAM)並用 其來處理印染廢水取得了較好的效果。兩性聚合 物絮凝劑中的陽離子可以捕捉帶負電荷的有機懸 浮物，適量的陰離子單元和中性單元可以促進無 機懸浮物的沉降，起絮凝助劑的作用。

3.2 合成方法

1)水溶液聚合法。丙烯酰胺類單體水溶性較 好，加上水溶液聚合工藝簡單，易操作，汙染小，故 製備APAM時多采用水溶液聚合法。但聚合溶 液質量分數低（10%左右，基於總質量)，產物的相 對分子質量較小，在製成幹粉過程中，高溫烘幹和 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、絮凝性等變差。為解決這些問題， 研究人員在探索聚合工藝和條件方麵做了大量工 作，如采用高效、低溫引發劑，複合引發體係等。

處理效果明顯優於其他類型絮凝劑;當PH值較分子質量高，聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，溶解時間短，溶解性好。

吳全才[9]應用水溶液聚合法合成了聚(丙烯 酰胺/氯化二甲基二烯丙基銨/氯化甲基丙烯酰氧 乙烯基三甲基銨/丙烯酸)[P(AM/DDAC/DMC/ AA)]兩性共聚物。在合成此兩性共聚物時，體 係單體的濃度為25%、體係pH值為5、引發劑用 量為0. 02%、在50 °C下反應6 h，所得產品相對

2)反相乳液聚合法。反相乳液聚合是將單體 水溶液乳化於含乳化劑的油相中，形成油包水 (W/0)型非均相分散體係，然後加油溶性或水溶 性引發劑進行引發聚合。與溶液聚合法相比，反 相乳液聚合法有易散熱、聚合速率大、固體含量高 等優點，而且產品溶解速度快，省力，易實現自動 化[1°]。日本的Aoyama，Obata等人[1M2]以異鏈 烷烴做溶劑，用山梨糖醇酸酐單油酸酯作乳化劑， 用反相乳液聚合法通過三元共聚製得含磺酸基團 的APAM係列絮凝劑。由於產品為乳劑型，操 作較容易。反相乳液聚合存在的缺點是產物的平 均相對分子質量較低，乳膠的粒徑分布寬且容易 凝聚等。

3)反相微乳液聚合。反相微乳液聚合是借助 於W/0型乳化劑的作用，將水溶性單體乳化於 非水介質中進行聚合得到微膠乳。反相微乳液聚 合法由法國科學家Candau首先提出，它的發展 始於20世紀80年代。在反相微乳液體係中合成 的高相對分子質量聚合物微膠乳（Microlatex)， 不僅固體含量高、溶解快、粒徑小且均一，而且體 係高度穩定[8]。

4結束語

目前，我國聚丙烯酰胺的生產水平與國外先 進水平相比還存在很大的差別，聚丙烯酰胺的生產與應用現狀，專用性產品和各 類不同基團共聚接枝改性衍生物的品種、數量和 性能都有較大的差距。要使我國聚丙烯酰胺的係 列產品趕上和超過世界先進水平，還需改進現有 生產工藝，提高技術水平，穩定產品質量，使產品 係列化。今後除了繼續擴大聚丙烯酰胺在石油開 采、水處理及造紙工業上的應用外，還要大力開發 聚丙烯酰胺在製糖、感光材料、超吸水性樹脂、電 鍍、船舶、陶瓷、礦冶等領域中的應用，以滿足各個 領域的需要。