兩性離子型聚丙烯酰胺(AmPAM)是一種大分子鏈 節(jié)上同時含有陰、陽離子基團的高分子聚合物，對其研 究始于二十世紀80年代，一些發(fā)達國家80年代就有 AmPAM產(chǎn)品投放市場，且品種和產(chǎn)量逐年増加[1]。二十 世紀90年代以來，因水溶性、抗鹽性好，國外對AmPAM 的研究和開發(fā)趨于活躍[2-3]，其中美國、日本開發(fā)的兩性 離子型聚丙烯酰胺[4-5]在技術(shù)和經(jīng)濟上己具有工業(yè)價值。 我國對AmPAM的研究和開發(fā)雖然起步較晚，但發(fā)展十 分迅速，有關(guān)AmPAM研發(fā)成果的報道也逐年増加。

AmPAM兼有陰、陽離子性基團的特點，能夠處理各 種不同性質(zhì)的廢水，特別是對污泥脫水，不僅有電性中 和、吸附架橋作用，而且還有分子間的“纏繞”包裹作用， 使處理的污泥顆粒粗大，脫水性好[6]。由于其特殊優(yōu)點，

AmPAM現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于水處理劑、造紙和新型油田 高分子化學(xué)劑等領(lǐng)域。目前，有關(guān)AmPAM性質(zhì)和應(yīng)用 的研究己引起世界學(xué)者越來越多的關(guān)注。

1兩性聚丙烯酰胺的制備

目前，國內(nèi)外采用的兩性聚丙烯酰胺的制備方法主 要分為大分子改性法和單體共聚法。

1.1大分子改性法

所謂大分子改性法一般是指利用聚丙烯酰胺自身

的活性基團酰氨基，通過水解和Mannich反應(yīng)或Hoffimmn反應(yīng)制備兩性聚丙烯酰胺的方法。

通過Mannich反應(yīng)制備出兩性聚丙烯酰胺，并進行了 合成條件的優(yōu)選試驗，發(fā)現(xiàn)用氯化銨和鹽酸季銨化可増 加產(chǎn)物的穩(wěn)定性。近些年來，有關(guān)兩性聚丙烯酰胺的改性 制備工藝有了較大發(fā)展，張環(huán)[8]等開發(fā)了一種對非離子聚 丙烯酰胺進行改性制備兩性聚丙烯酰胺絮凝劑的新方 法，即首先采用無水乙醇與三甲胺、環(huán)氧氯丙烷合成季胺 鹽型陽離子劑，再進行改性，使得PAM的陽離子化和陰 離子化反應(yīng)可同時進行，且反應(yīng)簡便，較易控制。劉中衛(wèi)[9] 等針對兩性聚丙烯酰胺制備過程中極易發(fā)生的陰離子和 陽離子不相容的問題，利用陰離子型聚丙烯酰胺進行 Mannich反應(yīng)，再對其進行季胺化，制備了兩性聚丙烯酰 胺，并發(fā)現(xiàn)碳酸二甲酯具有更好的季胺化效果。李振泉[10] 等在少量陰離子疏水單體4- (W-丙烯酰氧乙氧基)苯 甲酸(PEBA的參與下，合成了改性的丙烯酰胺(AM)- 丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC共聚物。

通過Mannich反應(yīng)或Hoffimann反應(yīng)改性制得兩性

聚丙烯酰胺的方法，雖然簡單易行，可現(xiàn)場操作，但仍有 一些缺點，如反應(yīng)中存在的游離甲醛和二甲胺使其產(chǎn)品 的溶解性和存儲穩(wěn)定性較差，而且陰、陽離子比例不易 調(diào)節(jié)。因此需要對其進行季胺化才能使產(chǎn)品穩(wěn)定性提 高，并在大范圍的pH值內(nèi)顯示陽離子性。但是Mannich 反應(yīng)的季胺化試劑硫酸二甲酯（或氯化烷和Hoffimann 反應(yīng)的季胺化試劑高濃度次氯酸鈉均有劇毒，會對環(huán)境 造成危害。兩性離子型聚丙烯酰胺的研究進展,劉中衛(wèi)[9]等針對這一問題嘗試了新的季胺化 試劑，發(fā)現(xiàn)用碳酸二甲酯做季胺化試劑不僅環(huán)保，而且 具有較好的絮凝效果和較廣的使用范圍。

1.2單體共聚法

單體共聚法一般是指丙烯酰胺與其它具有聚合反 應(yīng)活性的烯基類陽離子單體、陰離子單體發(fā)生共聚反應(yīng) 以制備兩性聚丙烯酰胺的方法。以丙烯酰胺、DMC、丙烯 酸為原料在一定條件下共聚為例，反應(yīng)方程式如下： 

 

 

f性聚丙烯酰胺乳液對鋁土礦赤泥的絮凝效果顯著。用導(dǎo)致茼分子鏈降解和交聯(lián)，使產(chǎn)品溶解性變差

根據(jù)聚合物共聚理論及單體AM和其他陰、陽離子 單體的Q值與e值可知，在兩性聚丙烯酰胺的分子鏈 上，陰離子單元、陽離子單元和非離子單元主要以交替 分布為主[11]。其中常見的陽離子單體有甲基丙烯酰氧乙 基三甲基氯化銨（DMC、二甲基二烯丙基氯化銨 (DMDAAC、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(AETMAC和 丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽(DAC等。其中，DMC作為 AmPAM的陽離子聚合單體應(yīng)用較為普遍；陰離子單體 主要有 RC=CR- COOH 和 RC=CR(COOH) 2[12]，其中常用 的是丙烯酸或其鈉鹽。

近年來，有關(guān)單體共聚法制備兩性聚丙烯酰胺的報 道也日益増多。陶征紅[13]等采用泡沫體系分散聚合法， 用丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨（DAC)、丙烯酰胺 (AM)、丙烯酸鈉、丙烯酸(AA)制備了相對分子質(zhì)量高 且溶解性好的兩性聚丙烯酰胺[P (DAC- AM- AA]。彭 曉宏[14]等人采用反相乳液聚合法合成了特性粘數(shù)最高 可達26.7 dL/g的兩性聚丙烯酰胺乳液，發(fā)現(xiàn)這種速溶 朱勝慶[15]等人采用疏水單體全氟辛基乙基丙烯酸酯 (FMK2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰 胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMD通過 自由基膠束共聚合成了 P (FM-AMPS-AM-DMC)四元 共聚物，即氟碳型兩性聚丙烯酰胺(FPAM)絮凝劑。結(jié) 果表明，F(xiàn)PAM水溶液中存在強烈的分子間締合作用， 用于凈化洗煤水、污泥脫水等具有良好的效果，與無機 絮凝劑聚合氯化鋁復(fù)配時絮凝效果更好。

單體共聚法合成兩性聚丙烯酰胺的優(yōu)點是反應(yīng)易 控制，引入的功能團含量準確，兩性離子型聚丙烯酰胺的研究進展,有效成分含量高，使用范 圍廣。由于產(chǎn)品不需要進行任何分離，水溶液共聚反應(yīng) 液可直接用于紙廠生產(chǎn)，因此基本沒有“三廢”排放，且 投資設(shè)備少，生產(chǎn)成本低。目前國外的兩性聚丙烯酰胺 產(chǎn)品基本上采用這種工藝合成。近幾年，國內(nèi)有關(guān)共聚 法制備兩性聚丙烯酰胺的報道也越來越多。但這種共聚 方法也并非完美，存在一定的缺點，如聚合溶液質(zhì)量分 數(shù)低；同時在制成粉狀產(chǎn)品過程中，高溫烘干和剪切作

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干強劑咖-D ,并進一步研究了娜-1干強劑對紙張_學(xué)世界，麵仙養(yǎng)抵

內(nèi)外的科研工作者正試著改變引發(fā)劑的種類或改變聚 合方法等解決上述問題，并取得了一定進展。

2兩性聚丙烯酰胺的應(yīng)用

兩性聚丙烯酰胺因兼有陰、陽離子基團而具有獨特 的性質(zhì)，是一類多功能的水溶性高分子材料，現(xiàn)己在水處 理、造紙、油田開采等領(lǐng)域表現(xiàn)出了十分重要的應(yīng)用潛力。 2.1在水處理方面的應(yīng)用

兩性聚丙烯酰胺在水處理方面主要用作絮凝劑、污 泥脫水混凝劑等。

兩性聚丙烯酰胺絮凝劑因其結(jié)構(gòu)的特點而比較適 宜于處理其他絮凝劑難以處理的場合，而且還可在大范 圍的pH范圍內(nèi)使用。不僅可除去廢水中的懸浮物和膠 體，而且可除去一般絮凝劑難以除去的物質(zhì)一廢水中 的溶解物(如有色物質(zhì)、腐植酸及表面活性劑等)。這是 因為兩性聚丙烯酰胺中的陰、陽離子基團能與色度物 質(zhì)、腐植酸類物質(zhì)及表面活性劑等發(fā)生絡(luò)合（螯合)作 用，再通過絮凝沉淀達到凈化的目的，因此可望在印染 廢水處理、微污染給水處理及真溶性有機物的去除方面 起到積極的作用。莊犠[16]制備的兩性聚丙烯酰胺乳液 AmPAM對生活污水的絮凝性能研究結(jié)果表明，當絮凝 劑用量為12.5mg/L，pH值為6,溫度為30°C時，絮凝效 果最佳，且明顯優(yōu)于陽離子絮凝劑。

兩性聚丙烯酰胺因為兼有陰、陽離子基團的特點，不 僅具有電中和、吸附架橋作用，而且還有分子間的“纏繞” 包裹作用，所以具有較好的脫水性能。它對不同性質(zhì)、不同 腐敗程度的污泥都有較好的脫水和助濾作用，得到的泥餅 含水率低，且用量較少，所以成為國內(nèi)外研究的熱點。

2.2在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

兩性聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中主要用作紙張干強劑 和助劑。廢紙原料由于纖維短、雜質(zhì)多和機械強度差等缺 點，嚴重影響了紙張和紙板的強度。因此，需要添加干強 劑以提高紙張強度。兩性聚丙烯酰胺除具有能彌補陰、陽 離子型聚丙烯酰胺各自的不足，調(diào)節(jié)系統(tǒng)陰、陽電荷的離 子平衡等優(yōu)點外，兩性離子型聚丙烯酰胺的研究進展,還可防止抄造系統(tǒng)白水循環(huán)利用時可 能發(fā)生的電荷逆轉(zhuǎn)問題。兩性助劑比陽離子助劑能更有 效地提高紙頁的強度、填料留著率和紙機的濾水性，從而 提高紙機車速，大大減輕白水處理負荷。徐青林[17]等研究 了新型結(jié)構(gòu)兩性聚丙烯酰胺的増強、助留助濾作用，結(jié)果 表明，其對各種廢紙漿及非木材紙漿均具有良好的増強、 助留助濾效果，可與硫酸鋁復(fù)配使用，而且具有很好的輔 助施膠效果。許桂紅1]等人合成了兩性聚丙烯酰胺紙張 的増干強作用、對漿料系統(tǒng)的助留效果和對白水系統(tǒng)電 導(dǎo)率的影響。結(jié)論表明，與陽離子聚丙烯酰胺類増干強劑 相比，兩性聚丙烯酰胺類増干強劑對于廢紙漿抄紙有更 好的増強效果。

2.3 在采油等方面的應(yīng)用

目前我國己經(jīng)進入二次甚至三次采油階段，具有抗 溫、抗鹽、抗剪切的兩性聚丙烯酰胺將為提高石油開采 率發(fā)揮其獨特的性能。有研究表明，具有“反聚電解質(zhì)效 應(yīng)”的兩性聚丙烯酰胺是理想的高溫、高鹽油藏聚合物 驅(qū)油劑[19]，并被稱為提高原油采收率的第二代聚合物。 羅文利[20]等人用制得的兩性聚丙烯酰胺做驅(qū)油試驗，結(jié) 果表明，在相同的條件下兩性聚合物的采收率比部分水 解的聚丙烯酰胺提高4.3°%，最終采收率可達80°%。

在油田領(lǐng)域內(nèi)，聚丙烯酰胺還可用作鉆井液的増稠 劑、泥漿的降粘劑、降濾失劑、堵水調(diào)剖劑等。此外，兩性 聚丙烯酰胺也可應(yīng)用于礦物篩選、高吸水性樹脂、皮革 復(fù)鞣劑、表面活性劑和土壤改良等方面。

3研宄趨勢及展望

兩性聚丙烯酰胺AmPAM用途廣泛，性能優(yōu)越，可 以預(yù)見在不久的將來其會在更多的領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的 應(yīng)用前景。近些年來，研究人員己在AmPAM的合成和 應(yīng)用方面取得了很大的進展，然而仍有許多機理、性能 問題有待進一步研究，為此對以后工作提出以下建議：

(1)進一步開展降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品性能的研 究，比如用來源豐富、價格低廉的天然高分子為原料，與 陰、陽離子單體進行三元或四元共聚制備AmPAM。

(2)光引發(fā)聚合作為一種新的聚合方法己在 NPAM、APAM以及CPAM的研究中顯示了其獨特的優(yōu) 點。目前，國內(nèi)有關(guān)光引發(fā)聚合制備AmPAM的研究尚 少，應(yīng)對其從機理、合成工藝以及應(yīng)用性能上進行更深 入的研究。

(3)應(yīng)加強AmPAM的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能關(guān)系的研 究，兩性離子型聚丙烯酰胺的研究進展,如陰、陽離子度、分子量等對應(yīng)用性能的影響規(guī)律。 這將有助于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，促進產(chǎn)品的工業(yè)化。

(4)應(yīng)用現(xiàn)代研究手段，加強對AmPAM的應(yīng)用性 能與作用機理之間關(guān)系的研究，為產(chǎn)品的應(yīng)用提供理論 指導(dǎo)。

(5)進一步擴展AmPAM的應(yīng)用范圍，使其在更多 領(lǐng)域里得到應(yīng)用，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢作用。