聚丙烯酰胺Polyacrylamide，簡稱PAM )是一種 線型的水溶性聚合物，是丙烯酰胺均聚物和各種共 聚物的統稱，常溫下為堅硬的玻璃態固體，水溶液呈 清澈透明狀，低毒。具有良好的熱穩定性，能以任意 比例溶于水，微溶于醋酸、丙烯酸、氯代乙酸、乙二 醇、乳酸、甘油和甲酰胺等少數溶劑。在2102、無氧 條件下，聚丙烯酰胺的酰胺基脫水轉變成腈基， #002炭化為黑色的粉末。聚丙烯酰胺水溶液的粘度 隨聚合物分子量的增加明顯變粘，并與聚合物的濃 度變化呈對數增減關系。聚丙烯酰胺水溶液對電解 質有很好的容忍性；在化學性質方面，由于聚丙烯酰 胺結構單元中含有酰胺基以及易與其他化合物形成 氫鍵，使其具有良好的水溶性和很高的化學活性，易 通過接枝或交聯得到支鏈或網狀結構的多種改性 物。聚丙烯酰胺可以通過它的酰胺酰基水解而轉化 為含有羧基的聚合物，成為陰離子型聚丙烯酰胺。聚 丙烯酰胺和甲醛反應生成的羥甲基化聚丙烯酰胺， 是一種重要的交聯單體。它還可以與二甲胺反應生 成二甲胺基-N-甲基丙烯酰胺，與亞硫酸氫鈉反應 則生成磺甲基丙烯酰胺，可與次氯酸鈉鹽在堿性條 件下反應生成聚乙烯亞胺等。

聚丙烯酰胺主要以兩種形式的商品出售，一種 是粉末狀，另一種是膠體。膠體不易運輸，使用也不 方便，因此粉末狀聚丙烯酰胺一般受到用戶歡迎。最 近，出現了聚合物分散體，稱為聚丙烯酰胺膠乳，它 具有更加優異的水溶性，因此受到人們的關注。聚丙 烯系列產品可分為非離子型4PAM)、陽離子型 APAM)和陰離子型CPAM)三大類，這些聚合物 可以是均聚物，也可以是共聚物。分子量的大小是聚 丙烯酰胺最主要的性能指標之一。

1聚丙烯酰胺的生產方法

聚丙烯酰胺的生產方法主要有水溶液聚合法、 乳液及反相乳液聚合法以及輻射聚合法等。

1.1水溶液聚合法

水溶液聚合法是生產聚丙烯酰胺的傳統方法， 采用該法可以生產聚丙烯酰胺膠體和粉狀產品。一 般聚丙烯酰胺膠體采用8%-10%丙烯酰胺水溶液在 引發劑作用下直接聚合而得；聚丙烯酰胺干粉則多 用25%-30%丙烯酰胺溶液進行聚合,聚合后得到的 聚丙烯酰胺膠體經造粒、捏合、干燥、粉碎后制得產 品。其中的聚合反應是關鍵工序。該法具有生產安 全、工藝設備簡單以及生產成本較低等優點，是目前 國內外生產聚丙烯酰胺普遍采用的方法。我國采用 該法生產聚丙烯酰胺最早采用手工作坊式的盤式聚 合，后來采用捏合機。20世紀80年代后期開發了錐 形釜聚合工藝，由核工業部五所在江都化工廠試車 成功。20世紀90年代從國外引進的聚合技術，類似 于國內的技術，只是反應釜可以旋轉，聚合釜的容積 也較大，可以達到5000升。

1.2 乳液聚合及反相乳液聚合法

乳液聚合是聚丙烯酰胺合成的另外一個比較重 要的方法，其常規操作是將丙烯酰胺水溶液分散在 汽油等有機溶劑中，劇烈攪拌，使溶液形成分散均勻 的乳液體系，而后加入引發劑引發丙烯酰胺反應得 到聚丙烯酰胺。這種方法的特點是高聚合速率、高轉 化率條件下可以得到高相對分子質量的產品乳膠 或者干粉）。

反相乳液聚合法是指水溶性的丙烯酰胺借助表 面活性劑多采用非離子型表面活性劑）的作用使丙 烯酰胺單體分散在油相中形成乳化體系，在引發劑 作用下進行乳液聚合，形成穩定的高分子量速溶的 聚丙烯酰胺膠乳產品，經共沸蒸餾脫水后得到粉狀 聚丙烯酰胺。由于聚合反應是在分散于油相中的丙 烯酰胺微粒中進行，因而在聚合過程中放出的熱量 散發均勻，反應體系平穩，易控制，適合于制備高分 子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺膠乳或干粉型產 品。

1.3輻射引發法

輻射引發法是丙烯酰胺單體在紫外線或！-射 線下引發直接聚合得到固體聚丙烯酰胺產品。該法 生產工藝簡單，但設備投資大，且所得產品分子量分 布很寬，故目前還沒有進行大規模工業生產。

2聚丙烯酰胺的應用

聚丙烯酰胺由于具有高分子化合物的水溶性以 及其主鏈上活潑的酰基，因而在石油開采、水處理、 紡織印染、造紙、選礦、洗煤、醫藥、制糖、養殖、建材、 農業等行業具有廣泛的應用，有百業助劑”、萬能 產品”之稱。

2.1水處理領域

聚丙烯酰胺在水處理工業中的應用主要包括原 水處理、污水處理和工業水處理3個方面。在原水處 理中，聚丙烯酰胺與活性炭等配合使用，可用于生活 水中懸浮顆粒的凝聚和澄清；在污水處理中。聚丙烯 酰胺可用于污泥脫水；在工業水處理中，聚丙烯酰胺 主要用作配方藥劑。在原水處理中，用有機絮凝劑聚 丙烯酰胺代替無機絮凝劑，即使不改造沉降池，凈水 能力也可提高20%以上。所以目前許多大中城市在 供水緊張或水質較差時，都采用聚丙烯酰胺作為補 充。在污水處理中，采用聚丙烯酰胺可以增加水回用 循環的使用率。

2.2石油采油領域

在石油開采中，聚丙烯酰胺主要用于鉆井泥漿 材料以及提高采油率等方面，廣泛應用于鉆井、固 井、壓裂、強化采油等油田開采作業中，具有增粘、降 濾失、流變調節、膠凝、分流、剖面調整等功能。

目前我國油田開采已經步入中后期，為提高原 油采收率，目前主要推廣聚合物驅油和三元復合驅 油技術。通過注入聚丙烯酰胺水溶液，改善油水流速 比，使采出物中原油含量提高。目前國外聚丙烯酰胺 在油田方面的應用不多，我國由于特殊的地質條件， 大慶油田和勝利油田已經開始廣泛采用聚合物驅油 技術。

2.3 造紙領域

聚丙烯酰胺在造紙領域中廣泛用作駐留劑、助 濾劑、均度劑等。它的作用是能夠提高紙張的質量， 提高漿料脫水性能，提高細小纖維及填料的留著率， 減少原材料的消耗以及對環境的污染等。聚丙烯酰 胺在造紙中使用的效果取決于其平均分子量、離子 性質、離子強度及其它共聚物的活性。非離子型聚丙 烯酰胺主要用于提高紙漿的濾性，增加干紙強度，提 高纖維及填料的留著率；陰離子型共聚物主要用作 紙張的干濕增強劑和駐留劑；陽離子型共聚物主要 用于造紙廢水處理和助濾作用，另外對于提高填料 的留著率也有較好的效果。此外，聚丙烯酰胺還應用 于造紙廢水處理和纖維回收。

2.4紡織印染工業

在紡織工業中，聚丙烯酰胺作為織物后處理的 上漿劑、整理劑，可以生成柔順、防皺、耐霉菌的保護 層。利用它吸濕性強的特點，能減少紡細紗時的斷線 率；聚丙烯酰胺作后處理劑可以防止織物的靜電和 阻燃；用作印染助劑時，聚丙烯酰胺可使產品附著牢 度大、鮮艷度高，聚丙烯酰胺的生產應用及市場前景，還可以作為漂白的非硅高分子穩定 劑；此外，聚丙烯酰胺還可以用于紡織印染污水的高 效凈化。

2.5其他領域

在采礦、洗煤領域，采用聚丙烯酰胺作絮凝劑可 促進采礦、洗煤回收水中固體物的沉降，使水澄清， 同時可回收有用的固體顆粒，避免對環境造成污染； 在制糖工業中，聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細粒子的 下沉，促進過濾和提高濾液的清澈度；在養殖工業 中，聚丙烯酰胺可改善水質，增加水的透光性能，從 而改善水的光合作用；在醫藥工業中，聚丙烯酰胺可 用作分離抗菌素的絮凝劑、用作藥片的賦型粘接劑 以及工藝水澄清劑等；在建材工業中，聚丙烯酰胺可 用作涂料增稠分散劑、鋸石板材冷卻劑以及陶瓷粘 接劑等；在農業上，聚丙烯酰胺作為高吸水性材料可 用作土壤保濕劑以及種子培養劑等。在建筑工業中， 聚丙烯酰胺可以增強石膏水泥的硬度，加速石棉水 泥的脫水速度。此外，聚丙烯酰胺還可用作天然或合 成皮革的保護涂層以及無機肥料的造粒助劑等。

3世界聚丙烯酰胺的生產及消費概況

2004年全球聚丙烯酰胺的總生產能力約為91 萬噸/年，其中25%在西歐。亞太地區歸本除外）為 23萬噸/年，其次為西歐21萬噸/年。主要的生產廠 家有美國汽巴特種化學品公司、道化學公司、馬拉松 石油公司、納爾科公司，日本的聚丙烯酰胺公司、日 東化學公司、三井化學公司、三菱化成公司，英國的 汽巴特種化學品公司，法國的SNF公司，德國的斯 托豪森公司、納爾科公司以及芬蘭的賽特公司等。亞 太地區是世界上最大的聚丙烯酰胺消費地區，其次 是西歐和美國。

聚丙烯酰胺作為水溶性聚合物，大多用作絮凝 劑、凝聚劑和過濾輔劑。根據2005年2月統計，聚丙烯酰胺的生產應用及市場前景，全球 聚丙烯酰胺產量約為37%用于廢水處理，27%用于 石油工業，18%用于造紙工業。各國聚丙烯酰胺的消 費結構有所不同，美國和西歐的聚丙烯酰胺主要用 于水處理，在造紙方面應用所占比例相對較小，而日 本的聚丙烯酰胺則主要用于造紙工業。預計到 2005-2010年，全球聚丙烯酰胺需求量的年均增長 率將達到約5.4%，其中拉美地區的年均增長率將達 到約6.0%，亞洲和中東地區將達到約6.3%，亞太地 區將達到約9.1%。

4國內聚丙烯酰胺生產消費及市場前景 4.1生產現狀

表1我國聚丙烯酰胺主要生產廠生產能力噸/年）

生產廠家名稱生產能力

大慶油田有限公司化工總廠聚合物廠50000

北京恒聚油田化學劑有限公司20000

勝利油田長安實業公司13000

廣東李壇精細化工廠20000

山西太原重工集團）祁縣聚合物有限責任公司 10000 山東淄川萬松集團公司淄川社會福利五金化工廠 5000 天津市冰峰有機化工有限公司5000

河北京冀油田化學廠5000

四川篷溪縣順達利聚合物有限公司4000

山東勝利油田鉆井泥漿助劑廠3500

遼寧大連力佳化學制品公司3000

浙江余姚市有機化工廠3000

撫順雙慶化工有限責任公司2500

江蘇武進精細化工廠2000

河南任丘市金佳聚合物有限公司2000

浙江金華湯溪化工廠2000

湖南株洲市石峰區化工廠2000

上海創新酰胺廠2000

吉化公司聚盛化工廠2000

遼寧盤錦興隆臺區化工廠1500

江蘇錫山新宇化工有限公司1500

河南鄭州正力實業有限公司1500

河北任丘任華有機化工廠1000

遼寧大連同德化工廠1000

浙江杭州余杭特種化工廠1000

山東淄博張店東方化學股份有限公司1000

山東淄博永勝化工廠1000

山東淄博齊勝工貿股份有限公司1000

江蘇江都縣化工廠1000

我國聚丙烯酰胺產品的開發始于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。隨后，吉化公 司研究院、中科院廣州化學所也研制成功聚丙烯酰 胺并投入生產。此后，由于聚丙烯酰胺在油田三次采 油的大量應用，以及在污水處理、造紙等方面用量的 增加，我國聚丙烯酰胺的生產能力不斷增加，目前生 產廠家已經達到70多家，總生產能力約為20萬噸/ 年，總產量約為15萬噸/年。目前我國聚丙烯酰胺的 主要生產廠家情況見表1所示。

4.2市場前景分析

我國聚丙烯酰胺的應用研究始于20世紀60年 代，最早用于礦物精選，而后在制糖、造紙、鋼鐵、水 處理等領域的應用逐漸擴大。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、制 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%，其它占 3%。

4.2.1石油開采領域

石油開采是目前我國聚丙烯酰胺最大的消費領 域，其消費量約占國內聚丙烯酰胺總消費量的81%。 我國大型油田包括大慶、勝利、中原、華北、遼河、大 港等已進入開采中后期，采出油綜合含水率日趨提 高。為了穩定我國東部油田產量而采用三次采油技 術，提高采油率，保證油田穩產，大慶油田已工業性 推廣應用聚合物驅油技術，勝利、遼河油田也進行了 聚合物驅油試驗，取得了較好的增油效果。根據油田 規劃，預計2005年我國聚丙烯酰胺在采油方面的消 費量將達到約 11 萬噸。

4.2.2 水處理領域

水處理是我國聚丙烯酰胺的第二大消費領域， 目前消費量約占總消費量的9%，發展潛力很大。我 國是水資源貧乏的國家之一，人均水量僅為世界人 均水量的1/4。目前我國城市污水處理率不足30%， 工業水的重復利用率為60%-70%。工業廢水處理率 為77%，與國外發達國家相比有很大的差距。

我國在原水處理方面技術更新較慢。目前，絮凝 劑仍以無機絮凝劑為主，對于聚丙烯酰胺等有機絮 凝劑，盡管其應用效果已經得到普遍認可，但由于成 本因素，目前應用還不普遍。隨著我國城市人口的增 加，未來幾年內將建設一批新水廠或對原有水廠進 行改造。根據環保的要求，新建水廠的污泥需統一進 行污泥脫水處理，改造供水廠的污泥也需達到脫水 排放的要求。由于一些城市的潔凈地下水位下降較 快，地表水水質變差，城市供水中聚丙烯酰胺的用量 必將迅速增加。預計到2005年，我國原水處理對聚 丙烯酰胺的總需求量至少在5000噸以上。

在城市污水處理方面，聚丙烯酰胺主要用于污 泥脫水，少部分用于廢水澄清。我國大城市的污水處 理廠已經普遍采用污泥脫水工藝，2003年在此領域 消耗聚丙烯酰胺約4000噸。根據我國可持續發展規 劃，今后我國對三廢”治理的要求將會更高。在環保 以及土地費用較高的地區，采用聚丙烯酰胺進行污 泥脫水，可提高污水處理效果，減少污泥排放量，具 有較好的社會效益和經濟效益。隨著我國太湖、長 江、巢湖、滇池、淮河等流域的限期治理，在近兩年 內，全國城市污水處理水平將提高到目前的約60% 左右。由于在污泥脫水方面暫無其它產品可以取代 聚丙烯酰胺，因此，對聚丙烯酰胺的需求量也將必然 增加；我國城市水處理聚丙烯酰胺的用量僅為美國 的1/9。最近，國家環保總局和有關部門要求在水費 中增加污水處理費用以及限制飲用水中鋁含量，這 為聚丙烯酰胺在城市供水和污水處理領域的市場開 發打開了空間。此外，全國許多城市的污水處理廠由 于管網建設未及時跟上，尚不能滿負荷運行。預計到 2005年，該領域對聚丙烯酰胺的需求量將達到約 9000 噸。

工業廢水處理是聚丙烯酰胺在水處理方面的又 一個重要方面。目前，我國的化工、冶金、造紙、印染、 制糖、味精、煤礦、建材等行業都在不同程度地使用 聚丙烯酰胺作為絮凝劑。預計今后工業廢水仍將是 聚丙烯酰胺可靠的市場，傳統用戶的應用面會進一 步擴大，生物化工企業將成為聚丙烯酰胺新的較大 用戶，預計2005年工業廢水處理方面對聚丙烯酰胺 的消費量將達到約1.1萬噸。由此可見，聚丙烯酰胺的生產應用及市場前景，2005年我國 在水處理方面的消費量將達到約2.5萬噸。

4.2.3造紙領域

聚丙烯酰胺在造紙行業中主要用作助留劑、干 增強劑和廢水處理的絮凝劑。我國是紙張生產和消 費大國，紙張產量居世界第三位，紙制品的實際消費 量居世界第二位。2003年我國造紙行業對聚丙烯酰 胺的需求量約為1.4萬噸。隨著我國大型造紙生產 裝置的建設以及一批大型合資造紙企業的不斷建成 投產，我國造紙工業的技術水平將明顯提高，對造紙 助劑的需求量也將不斷增加。預計到2005年我國造 紙能力將達到5000萬噸以上，相應對聚丙烯酰胺的 需求量將達到約1.8萬噸。

4.2.4 其它領域

在采礦、冶金、煤炭、制糖水泥增強劑、高吸水性

樹脂、粘合劑、皮革復鞣劑等領域，聚丙烯酰胺也有 一定的消費量，尤其是近幾年用于生產尿不濕和衛 生巾的高吸水性樹脂市場發展很快，對聚丙烯酰胺 的需求量增加較快，預計2005年這些方面對聚丙烯 酰胺的需求量將達到約9000噸。

由此可見，2005年我國對聚丙烯酰胺的總需求 量將達到約16.2萬噸，其中石油開采仍是聚丙烯酰 胺最大的消費領域，其消費量將占總消費量的68%， 其它用途的消費比例也有所增加。2005年我國聚丙 烯酰胺的需求預測情況見表2所示。

表2 2005年我國聚丙烯酰胺的需求預測情況

消費領域消費量萬噸/年）所占比例％)

石油開采11.067.9

水處理2.515.4

造紙1.811.1

其它0.95.6

合計16.2100.0

5存在的問題及發展建議

經過近40年的努力，我國聚丙烯酰胺的生產和 應用得到了很大的發展，聚丙烯酰胺的生產應用及市場前景，取得了一定的成績，但與國 外先進國家的水平相比還存在較大的差距，主要表 現在以下幾個方面。

(1)生產規模偏小

根據國外生產廠家經驗表明，聚丙烯酰胺單系 列生產能力的經濟規模應為5000t/a，最好在8000// a以上，而目前我國聚丙烯酰胺生產廠家的生產能 力大都在5000t/a以下。

2)生產工藝比較差

國外采用連續化、自動化控制程度高的單體和 聚合物生產工藝，而國內仍采用間歇式生產工藝，能 耗大，生產效率低，成本高，產品質量穩定性差。

3)質量上有一定的的差距

國外聚丙烯酰胺產品的分子量大都在1800萬 以上，分子量分布窄，水溶性、抗剪切性、耐熱性、質 量均一性好，殘留單體含量在0.1%以下，水不溶物 含量低；而國內產品的分子量大都小于1000萬，分 子量分布寬，水溶性、抗剪切性、耐熱性、質量均一性 差，殘留單體含量在0.5%以下，水不溶物含量高，技 術經濟指標落后，影響了其應用范圍，使得許多高質 量產品不得不依靠進口來解決。

4)在產品品種上的差距。

五、展望

目前，我們正在承擔完成國家十五”科技攻關 計劃一靜態混合反應技術在氣-液、液-液反應 大宗有機化工原料生產中的應用開發”課題，進行將 靜態混合反應技術推廣到更多類型的化工反應工業 生產領域的開發研究。

除硝化生產過程外，靜態混合反應技術還可廣 泛適用于氧化、氯化、還原、羰基化、硝化、烷氧基化、 酯化、羧化、皂化等通過氣-液、液-液反應的精細化 工中間體和大宗有機化工原料生產的化工單元反 應，可大幅度提高設備的生產能力，同時有效的降低 生產成本，提高產品收率和質量，減少廢棄物排放， 產生顯著的經濟效益和社會效益。大宗有機化工原 料和精細化工中間體的生產在我國國民經濟發展中 占有很重要的地位，每年僅硝基苯的生產就幾十萬 噸、精細化工中間體數百萬噸、聚合物單體上千萬

國外聚丙烯酰胺產品有乳液、懸浮液、粉狀及球 狀等多種形式，而我國的工業產品主要是粉劑和膠 體。國外專用型產品多，其中陽離子型聚丙烯酰胺產 品占50%以上，而國內陽離子產品供應較少，產品主 要依靠進口解決。

隨著國外相關聚丙烯酰胺企業進入中國，將進 一步加劇我國聚丙烯酰胺工業與國外的差距，因此， 要使我國聚丙烯酰胺工業趕上或超過世界先進水 平，應該采取有所為，有所不為”的方針，決不能將 有限的資金，寶貴的技術人才投入到國外已經研究 過并且已經成功生產的那種工藝技術的研究項目上 去，而應該去研究國外正在研究，甚至還沒有研究的 有重大意義的項目；其次是改進現有生產工藝，提高 技術水平，穩定產品質量，使產品系列化；此外除了 繼續擴大聚丙烯酰胺在石油開采，水處理以及造紙 工業上的應用外，還要大力開發聚丙烯酰胺在制糖、 噸。因此，在多種大宗有機化工原料和精細化工中間 體的生產中推廣應用靜態混合反應技術及裝備，對 于提高我國有機化工原料生產的技術水平，實現高 新技術產業化和利用高新技術改造傳統產業，保持 化工行業的可持續發展，推動我國化學工業技術進 步具有重要的意義。