聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,简称PAM)是 一种线型的水溶性聚合物，是水溶性高分子中应 用最广泛的品种之一，在石油开采、水处理、纺织 印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农 业等行业具有广泛的应用。聚丙烯酰胺是丙烯酰 胺(Acrylamide，简称AM)均聚或与其它单体共 聚而成的质量分数在50%以上的线型水溶性高 分子化学品的总称，它所具有的特殊的物理化学 性质，源于其分子结构特性。由于结构单元中含 有酰胺基，易形成氢键，所以其具有良好的水溶 性[1]。它易通过接枝或交联得到支链或网状结构 的多种改性物。聚丙烯酰胺系列产品可分为非离 子型（NPAM)、阳离子型（APAM)和阴离子型 (CPAM)3大类，这些聚合物可以是均聚物，也可 以是共聚物。

1聚丙烯酰胺的应用现状

聚丙烯酰胺虽然对水的表面张力降低很小， 但分子中有活性基团，吸附于界面之后，能改变界 面状态，多年来，作为増稠剂、降失水剂、絮凝剂、 分散剂、降阻剂、阻垢剂、流度控制剂等而在石油 工业中，为提高钻井流体流动性和石油采收率、减 少流体阻力方面得到广泛应用[2]。聚丙烯酰胺具 有良好的热稳定性，溶于水，不溶于除醋酸、丙酸 氯代乙酸、丙烯酸、乙二醇、甘油之外的其它溶剂。 在210°C、无氧条件下，聚丙烯酰胺的酰基脱水转 变成腈基，在500°C时炭化为黑色粉末。作为一 类重要的絮凝剂、増稠剂、减阻剂、泥浆处理剂、表 面活性剂、土壤改良剂、水土保失剂、种子包衣剂、 纸力増强剂等而广泛用于石油开采、水处理、纺 织、造纸、选矿、医药、农业等行业，有“百业助剂” 之称[3]。

在石油开采方面，聚丙烯酰胺具有増稠、絮凝 和对流体变性的调节作用。可用作钻井泥浆的増 稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。将聚丙烯酰胺加入 钻井泥浆中，可以増加泥浆的稠度，提高悬浮力， 使泥浆分散均匀，控制失水，増加稳定性，降低摩 阻，提高固井速度；在三次采油中加入聚丙烯酰 胺，可増加驱油能力，避免击穿油层，提高油床开 采收率;聚丙烯酰胺用作压裂液添加剂，可以増加 粘度，提高悬砂能力，降低滤失、减少模阻;还可用 作水油比例控制剂、缓速剂和暂堵剂等。在水处 理中，聚丙烯酰胺絮凝剂，可用于城市污水、生活 污水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业 悬浮液的固液分离。在纺织工业中，聚丙烯酰胺 作为织物后处理的上色剂、整理剂，可以生成柔 顺、防皱、耐霉菌的保护层;利用它的吸湿性强的 特点，能降低纺细纱时的断线率。在造纸工业中， 聚丙烯酰胺用作分散剂，可以改善纸页的均匀度; 用作増强剂，能有效提高纸张的强度;用作助留 剂、滤水剂、沉降剂，能提高填料和细小纤维的存 留率，加速脱水速度，还可沉淀污水、减少污染。 在电解冶金中，添加聚丙烯酰胺，可改善金属在阴 极沉积的质量，并増加电流效率。在米矿、洗煤 

中，采用聚丙烯酰胺作絮凝剂，可促进固体沉降， 使水澄清，同时可回收大量有用的固体颗粒，避免 对环境造成污染。用作印染助剂时，可使产品附 着牢度大，鲜艳度高。在制糖业，聚丙烯酰胺可加 速蔗汁中细粒子的下沉，促进过滤性能和提高滤 液清澈度。在养殖业中，聚丙稀酰胺可改善水质， 増加水的透光性能，从而改善水的光合作用。此 外，聚丙烯酰胺还可以用作隧道、水坝等工程堵水 固沙的化学灌浆和水下、地下建筑物的防腐剂，还 可用作土壤改良剂、纤维改性剂、粘结剂、光敏树 脂交联剂等2]。

1.1国外PAM生产及消费情况

目前世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为 55万t/a，总产量约为50万t/a。美国、日本、欧 洲是聚丙烯酰胺的主要生产国家和地区，其生产 能力约占世界总生产能力的75%[4]。生产厂家 主要有美国汽巴特种化学品公司（生产能力为1. 2万t/ a)，道化学公司（生产能力为3. 5万t/a)， 赛特公司（生产能力为4. 0万t/ a)，英国的汽巴特 种化学品公司（生产能力为4. 0万t/a)，法国的 SNF公司（生产能力为7.0万t/a)等。聚丙烯酰胺的生产与应用现状，法国SNF 公司年产7. 0万t聚丙烯酰胺的装置是目前世界 上最大的聚丙烯酰胺生产装置。

各国聚丙烯酰胺的消费结构有所不同，美国 和西欧主要用于水处理，在造纸方面应用所占比 例相对较小，而日本则主要用于造纸工业。美国 聚丙烯酰胺的消费结构为:水处理占60%，造纸 占25%，矿山占11%，其它占4% ;日本聚丙烯酰 胺的消费结构为:水处理占45%，造纸占32%，矿 山占8%，石油占12%，其它占3%;西欧聚丙烯 酰胺的消费结构为:水处理占29%，造纸占56%， 石油占11%，其它占4%。

据资料统计，2000年美国的聚丙烯酰胺产量 约为16万t，消费量约为13. 8万t，出口量为2. 2 万t;西欧的聚丙烯酰胺产量约为12万t，消费量 约为10万t，出口量为2万t;日本的聚丙烯酰胺 产量约为9. 5万t，消费量约为7. 4万t，出口量为 2. 1万t。预计2005年美国聚丙烯酰胺的总消费 量将达到19万t，西欧为13万t，日本为8万t，亚 洲市场（日本除外)及其它地区的需求量在20万t 左右。由此可见，2005年世界聚丙烯酰胺的总需 求量将达到约60万t，其中需求量较大的地区是

1.2国内PAM生产及消费情况

我国聚丙烯酰胺产品的开发始于20世纪50 年代末期，1962年上海天原化工厂建成我国第一 套聚丙烯酰胺生产装置，生产水溶胶产品；随后， 吉化公司研究院、中科院广州化学所也研制成功 聚丙烯酰胺并投入生产。此后，由于聚丙烯酰胺 在油田三次采油中的大量应用，以及在污水处理、 造纸等方面用量的増加，我国聚丙烯酰胺的生产 能力不断扩大，目前生产厂家己经达到60多家， 总生产能力约为16万t/a，总产量约为12万t/ a， 生产厂家主要有大庆油田有限公司化工总厂聚合 物厂(生产能力为5万t/ a)、广东李坛精细化工厂 (生产能力为2万t/a)、北京恒聚油田化学剂有限 公司（即北京朝阳水处理剂厂)（生产能力为1万 t/ a)、江西昌九生化股份公司（生产能力为0. 5万 t)等，其中多数为规模较小的乡镇企业，技术水平 低，品种单一，产品分子量比较小。

在我国，聚丙烯酰胺最早用于矿物精选，而后 在制糖、造纸、钢铁、水处理等领域逐渐得到应用。 目前我国聚丙烯酰胺的应用领域主要集中在石油 开采、水处理、造纸、制糖、洗煤和冶金等领域，其 消费结构为:油田开采占81%，水处理占9%，造 纸占5%，矿山占2%，聚丙烯酰胺的生产与应用现状，其它占3%。我国聚丙烯 酰胺2000年的产量为9万t，消费量为11万t，进 口量为2万t，2003年的消费量为13万t，2005年 的总需求量将达到14.2万t[4]。

2两性聚丙烯酰胺的应用现状

随着工农业的发展，用常规水处理剂难处理 的污染物，如溶解性物质、色度物质等的排放量不 断増加。两性高分子(polyampholyte)，或称两性 聚电解质（amphyoteric poly electrolyte)是分子链 上同时带有阴、阳离子基团的高分子，其在水处理 方面，可用于去除金属离子、做离子交换剂、络合 剂、凝结剂、絮凝剂以及污泥脱水剂等[2]。其应用 的pH值范围很宽，在酸性介质和碱性介质中都 可获得良好的絮凝效果和污泥脱水效果。对废水 中由阴离子表面活性剂所稳定的分散液、乳浊液 及各类污泥或由阴离子所稳定的各种胶态分散 液，均有较好的絮凝及污泥脱水功效[5]。

亚洲和北美[2]。1)污泥脱水。经过两性高分子絮凝剂处理的

与普通絮凝剂相比，两性高分子絮凝剂在以 下几个方面表现出了良好的应用前景：

污泥，沉降性能好，而且泥饼含水量少。国外己有 将两性高分子用于污泥脱水的研究，聚丙烯酰胺的生产与应用现状，我国尚未见 有报道。两性絮凝剂对提高废水处理的效率以及 对提高废水处理设施的利用率将有重要作用。

2)去除废水中的金属离子。由于两性高分子 内的阴、阳离子基团能与金属离子发生螯合作用， 而在等电点时又将其释放出来，如果等电点处于 碱性环境下，金属离子则以氢氧化物的形式沉淀， 可分离回收，而两性高分子处于溶液中，可反复使 用。随着两性高分子水处理剂在冶金工业废水中 的广泛应用，对重金属污染的废水处理将起积极 作用。

3)去除中、小分子有机物质，如色度物质、腐 殖酸类天然有机物质以及表面活性剂等。由于两 性高分子絮凝剂能与染料分子的活性基团络合、 絮凝达到沉淀脱色的目的，不久的将来，有望解决 我国印染废水污染量大、面广、色深的难题。两性 高分子物质与腐殖酸类物质相互作用，可将其应 用于微污染的给水处理中。

4)去除相对分子量较低的真溶性有机物质。 这类污染物是普通絮凝剂难以处理的，两性新型 高分子絮凝剂的阴、阳离子活性基团能与该类物 质产生络和作用，可将其去除。

5)改性类两性高分子水处理剂具有原料来源 丰富、无毒、可生化降解、生产工艺简单、成本较 低、价格便宜等优点。我国动植物资源丰富，天然 有机高分子物质种类繁多，在两性高分子水处理 剂的生产与应用上，具有广阔的发展前景。

3 两性聚丙烯酰胺合成方法

合成具特殊功效的有机高分子絮凝剂，主要 是合成两性高分子絮凝剂和在絮凝剂中引入疏水

基团。

3.1 合成路线

1)通过曼尼期反应合成两性聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的生产与应用现状，聚 丙烯酰胺（PAM)是一种水溶性的有机高分子絮 凝剂，李万捷等[6]通过试验以部分水解聚丙烯酰 胺通过曼尼期反应合成了具有羧基和胺甲基的两 性聚丙烯酰胺絮凝剂。用所制备的絮凝剂产品对 炼钢厂综合废水、毛纺厂废水及硫酸铝矿浆的固 液分离进行了不同絮凝剂的对比试验，结果表明: 在pH和固体悬浮物含量均较小时，两性絮凝剂 高，固体悬浮物含量较大时，两性絮凝剂的处理结 果略优于阴离子型但却明显好于阳离子型。单独 使用阳离子或两性絮凝剂，处理后水质无明显差 别;但当与聚合氯化铝混合使用后，两性絮凝剂处 理效果明显优于阳离子型絮凝剂，这是两性絮凝 剂中阴、阳离子基团在废水处理过程中的协同作 用。用部分水解聚丙烯酰胺通过曼尼期反应制得 了阴离子摩尔分数1〇%~ 30%，阳离子摩尔分数 20% ~ 50%的两性有机高分子絮凝剂。

2)通过三元共聚合成两性聚电解质。氯化甲 基丙烯酰氧乙烯基三甲基铵DMC与丙烯酰胺、 丙烯腈或丙烯酸三元共聚可得到两性聚电解质。 彭晓宏等[7]以DMC、丙烯酰胺和丙烯酸按一定的 配比，在有一定添加剂存在条件下，合成了高效两 性聚丙烯酰胺，用于生化污泥的絮凝脱水，具有较 高的滤水量，较低的滤饼含水率，综合性能优于高 效粉状的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。

3)通过自由基溶液聚合合成两性聚丙烯酰 胺。两性聚丙烯酰胺分子中含有阴离子和阳离 子，它们在分子链中的分布与含量对分子链的卷 曲形态有很大影响，并进而影响其絮凝助滤效果。 林芸等[8]合成了两性聚丙烯酰胺（APAM)并用 其来处理印染废水取得了较好的效果。两性聚合 物絮凝剂中的阳离子可以捕捉带负电荷的有机悬 浮物，适量的阴离子单元和中性单元可以促进无 机悬浮物的沉降，起絮凝助剂的作用。

3.2 合成方法

1)水溶液聚合法。丙烯酰胺类单体水溶性较 好，加上水溶液聚合工艺简单，易操作，污染小，故 制备APAM时多采用水溶液聚合法。但聚合溶 液质量分数低（10%左右，基于总质量)，产物的相 对分子质量较小，在制成干粉过程中，高温烘干和 剪切作用又容易使高分子链降解和交联，使粉剂 产品的溶解性、絮凝性等变差。为解决这些问题， 研究人员在探索聚合工艺和条件方面做了大量工 作，如采用高效、低温引发剂，复合引发体系等。

处理效果明显优于其他类型絮凝剂;当PH值较分子质量高，聚丙烯酰胺的生产与应用现状，溶解时间短，溶解性好。

吴全才[9]应用水溶液聚合法合成了聚(丙烯 酰胺/氯化二甲基二烯丙基铵/氯化甲基丙烯酰氧 乙烯基三甲基铵/丙烯酸)[P(AM/DDAC/DMC/ AA)]两性共聚物。在合成此两性共聚物时，体 系单体的浓度为25%、体系pH值为5、引发剂用 量为0. 02%、在50 °C下反应6 h，所得产品相对

2)反相乳液聚合法。反相乳液聚合是将单体 水溶液乳化于含乳化剂的油相中，形成油包水 (W/0)型非均相分散体系，然后加油溶性或水溶 性引发剂进行引发聚合。与溶液聚合法相比，反 相乳液聚合法有易散热、聚合速率大、固体含量高 等优点，而且产品溶解速度快，省力，易实现自动 化[1°]。日本的Aoyama，Obata等人[1M2]以异链 烷烃做溶剂，用山梨糖醇酸酐单油酸酯作乳化剂， 用反相乳液聚合法通过三元共聚制得含磺酸基团 的APAM系列絮凝剂。由于产品为乳剂型，操 作较容易。反相乳液聚合存在的缺点是产物的平 均相对分子质量较低，乳胶的粒径分布宽且容易 凝聚等。

3)反相微乳液聚合。反相微乳液聚合是借助 于W/0型乳化剂的作用，将水溶性单体乳化于 非水介质中进行聚合得到微胶乳。反相微乳液聚 合法由法国科学家Candau首先提出，它的发展 始于20世纪80年代。在反相微乳液体系中合成 的高相对分子质量聚合物微胶乳（Microlatex)， 不仅固体含量高、溶解快、粒径小且均一，而且体 系高度稳定[8]。

4结束语

目前，我国聚丙烯酰胺的生产水平与国外先 进水平相比还存在很大的差别，聚丙烯酰胺的生产与应用现状，专用性产品和各 类不同基团共聚接枝改性衍生物的品种、数量和 性能都有较大的差距。要使我国聚丙烯酰胺的系 列产品赶上和超过世界先进水平，还需改进现有 生产工艺，提高技术水平，稳定产品质量，使产品 系列化。今后除了继续扩大聚丙烯酰胺在石油开 采、水处理及造纸工业上的应用外，还要大力开发 聚丙烯酰胺在制糖、感光材料、超吸水性树脂、电 镀、船舶、陶瓷、矿冶等领域中的应用，以满足各个 领域的需要。