Výrobné procesy a klasifikácia polyakrylamidu (PAM)
I. Polymerizácia vo vodnom roztoku
Výhody: Nízka cena, jednoduché vybavenie, vysoká bezpečnosť a schopnosť dosiahnuť veľmi vysoké molekulové hmotnosti; vhodné pre veľkosériovú výrobu 25 kg vrecovaného suchého prášku.
1. Príprava a čistenie prísad: Deionizovaná voda sa zmieša s čisteným akrylamidom (AM). Pre aniónový PAM sa pridáva kyselina akrylová (AA); pre katiónový PAM sa pridávajú katiónové monoméry, ako je DMC alebo DAC. Nastaví sa pH a zavedie sa plynný dusík na odstránenie kyslíka (keďže kyslík inhibuje polymerizáciu).
2. Iniciácia a polymerizácia: Pridá sa redoxný iniciačný systém (najčastejšie persíran amónny kombinovaný s hydrogénsiričitanom sodným, často doplnený azoiniciátorom). Teplota sa udržiava medzi 20–50 stupňami a adiabatická polymerizácia prebieha 2–6 hodín, výsledkom čoho je pevný, elastický gélový blok.
- Neiónový PAM: Vyrába sa homopolymerizáciou AM.
- Aniónový PAM (APAM) - Dva spôsoby:
① Homopolymerizácia nasledovaná hydrolýzou (hlavný prístup): Najprv sa vyrobí neiónový gélový blok, ktorý sa potom hydrolyzuje zahrievaním s NaOH, aby sa zaviedli karboxylové skupiny. Stupeň hydrolýzy je možné upraviť a táto metóda poskytuje vyššie molekulové hmotnosti (bežne používané pre vysokomolekulárne APAM v aplikáciách na ropných poliach).
② Kopolymerizácia-hydrolýza: AM a kyselina akrylová sú spolu polymerizované; tento proces je jednoduchší, hoci výsledná molekulová hmotnosť je o niečo nižšia.
- Katiónový PAM (CPAM): Vyrába sa priamou kopolymerizáciou AM a katiónových monomérov. Tento typ nemôže podliehať silnej alkalickej hydrolýze; iónový stupeň je riadený pomerom monomérov a výrobné náklady sú vyššie.
3. Granulácia: Gélový blok sa nareže alebo nastrúha na menšie častice gélu.
4. Sušenie horúcim vzduchom: Častice sa sušia pri 80–120 stupňoch na obsah vlhkosti<10%. The temperature must be carefully controlled; excessive heat can cause molecular weight degradation or cross-linking, rendering the polymer insoluble.
5. Rozdrvenie a preosievanie: Materiál sa rozomelie na prášok a preoseje (zvyčajne 80 – 120 mesh).
6. Testovanie kvality (molekulová hmotnosť, iónový stupeň, rýchlosť rozpúšťania, zvyškový obsah akrylamidu) a balenie.
II. Inverzná emulzná polymerizácia (emulzia PAM, tekutý produkt)
Systém voda v oleji (W/O): Vodný roztok AM slúži ako dispergovaná fáza, zatiaľ čo petrolej alebo podobný uhľovodík pôsobí ako spojitá fáza. Biely olej slúži ako kontinuálna olejová fáza; pridáva sa emulgátor na dispergovanie látky na mikrokvapôčky, ktoré sa potom polymerizujú.
III. Suspenzná polymerizácia s inverznou fázou
Kvapky monoméru sa suspendujú a polymerizujú v organickom rozpúšťadle, čím sa získa polyakrylamid (PAM) priamo vo forme guľôčok (perlovitých častíc).
IV. Disperzná polymerizácia (novšia metóda)
Dispergačný proces na vodnej báze, ktorý sa vyhýba použitiu veľkého množstva organických rozpúšťadiel. Výsledným produktom je disperzia na vodnej báze; rýchlo sa rozpúšťa a používa sa predovšetkým v špičkovej výrobe papiera a ako prísada do náterov. Výrobná kapacita je pomerne obmedzená.
Štyri hlavné typy
APAM (aniónový PAM)
Vhodné pre odpadové vody obsahujúce anorganické nerozpustné látky - ako sú vody z prania uhlia, spracovania nerastov, pieskov a štrkovín, galvanických zariadení, oceliarní a úpravy vody (čistenie). Je najúčinnejší v podmienkach alkalického pH a je to najdostupnejšia možnosť.
2. CPAM (katiónový PAM)
Používa sa predovšetkým na odvodňovanie kalov (vrátane kalov z komunálnych odpadových vôd, bitúnkov, spracovania potravín a výroby papiera) a na čistenie odpadových vôd bohatých na organické látky. Je kategorizovaný podľa iónového stupňa (v rozmedzí od 10 do 60) a je najdrahším typom.
3. NPAM (neiónový PAM)
Používa sa pre systémy s kyslou vodou, kontrolu profilu v ropných vrtoch, zadržiavanie pôdnej vlhkosti a úpravu veľkosti textílií.
4. Amfotérny PAM
Používa sa pre komplexné odpadové vody charakterizované výraznými výkyvmi v kvalite vody; tento typ sa používa menej často.
