摘要：對聚丙烯酰胺的研究成果進行了分析歸納，簡述和討論了聚丙烯酰胺的制備方法和應用情況，綜合評述了國內外聚丙烯酰胺的新進展，展望了聚丙烯酰胺的應用前景。
丙烯酰胺（AM）是1893年Moureu合成的，由于丙烯酰胺分子中含有—C=C—和—CONH2兩種基團，所以其易于自聚，也易于與其它烯類單體共聚。采用不同單體進行共聚，可得到不同結構和性能的共聚物。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，簡稱PAM），是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的統稱。工業上凡含有50%以上AM單體的聚合物都泛稱聚丙烯酰胺。
1、聚丙烯酰胺的幾種主要合成方法
目前，丙烯酰胺類聚合物主要通過水溶液聚合、反相懸浮聚合、水分散型聚合法、無皂乳液聚合、反相微乳聚合等方法獲得。其基本原理都是基于丙烯酰胺在引發劑的作用下，進行自由基引發聚合反應。
1.1 水溶液聚合法
水溶液聚合法是生產聚丙烯酰胺中較為傳統的方法，所生產的粉末狀產品的生產單元操作繁瑣、生產周期長、技術裝備復雜，且存在相對分子質量越高聚合物的溶解性就越差這一難以調和的矛盾，而且在溶解過程中易形成難溶的大膠粒。這些缺陷在一定程度上限制了粉末狀聚合物產品的使用及其聚合工藝技術的發展。
1.2 反向懸浮聚合法
反相乳液聚合法是指借助于表面活性劑（多采用非離子型的表面活性劑）的作用，使水溶性的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，形成穩定的高相對分子質量、速溶的聚丙烯酰胺膠乳產品，經共沸蒸餾脫水后就得到粉狀聚丙烯酰胺。由于聚合反應是在分散在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。反應體系平穩使其易于控制。故該方法適合于制備高相對分子質量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺乳膠或干粉型產品。
1.3 反相微乳聚合法
近幾年來，在反相乳液聚合的基礎上又出現了反相微乳液聚合。用表面活性劑（如堿金屬脂肪酸鹽）穩定微乳液而使丙烯酰胺聚合，可以制得熱力學穩定、光學上透明的水溶性聚合物微乳膠，其分散均勻，相對分子質量一般為106~107，且具有良好的流變學性質。該方法制得的產品與用乳液聚合技術制得的產品相比，兩者的性質和特點有很大的區別。
1.4 其它聚合方式
除了反相懸浮聚合、無皂乳液聚合和反相微乳液聚合外，丙烯酰胺類聚合物的聚合方法還有很多，如輻射聚合、熱引發聚合、光引發聚合、沉淀聚合、膠束聚合等。
輻射聚合的方法為：將丙烯酰胺水溶液加入到容器中，然后抽真空、充氮、封管，在30℃下用60Coγ射線輻射使其聚合，得到產品。此方法優點為成本低，但存在聚合難以控制、產物難以分離、聚合產物中殘留的單體多等缺點。
James P等研究了熱引發丙烯酰胺聚合的反應。并且找出了熱引發機理的直接證據。PaulJ.Campagnola用雙電子引發聚合反應，并用電鏡分析了產品，發現光學引發可以得到3—D結構，這種聚丙烯酰胺由于其具有良好的生物兼容性，故該產品可用于醫藥行業。
光引發聚合是作為區別于熱引發聚合的一種合成手段，具有許多優越性和實用性。近年來，隨著性能穩定、價格相對便宜的光源的不斷涌現，光引發聚合反應的研究在科學界的受關注度大大提高。
沉淀聚合是指丙烯酰胺類聚合物的聚合反應是在有機溶劑（如丙酮、乙腈、乙醇等）或水和有機溶劑的混合溶液中進行。這些介質對丙烯酰胺來說是溶劑，對于聚丙烯酰胺來說則是非溶劑。因此，聚合開始時反應混合物是均相的，而在聚合反應過程中，聚丙烯酰胺一旦生成就沉淀析出，使反應體系出現兩相。因此，聚合是在非均相體系中進行的，故稱為沉淀聚合。
2、聚丙烯酰胺的應用
由于聚丙烯酰胺結構單元中含有酰胺基、易形成氫鍵，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質，PAM及其衍生物可作為增粘劑、增稠劑、絮凝劑、油水分離劑、紙張增強劑和液體的減阻劑等，并且廣泛應用于石油開采、水處理、造紙、紡織、印染、選礦、洗煤、醫藥、制糖、建材、農業等領域之中。其主要用途已發展到約27個領域，享有“工業味精”、“酉業助劑” 之美譽。國外目前主要應用在水處理、造紙、礦山、冶金等；國內目前用量國較大的是采油領域，用量增長較快的是水處理領域和造紙領域。本文評述已報道的聚丙烯酰胺研究成果較為成熟的應用情況。
2.1 聚丙烯酰胺在防治水土流失提高土壤保肥能力的應用
在土壤中添加聚丙烯酰胺，在一定的條件下其能夠很好的改良土壤的物理性能、提高土壤的導水性能和土壤表層的抗蝕能力及抗沖性，從而達到防治水土流失的目的。此法對于防治土壤流失具有見效快、成本低的特點，特別是對防止無植被或少植被覆蓋裸土的水蝕和減小徑流等具有重要的應用價值。目前在研究黃土高原的水土流失治理中有多個課題正研究對土壤入滲問題，有望在不久就會取得重大進展。除此之外其還有提高土壤保肥能力的作用，王輝等通過試驗發現：PAM 處理可減少泥沙中硝態氮、磷和鉀的流失量，分別為78%、95%和95%之處后土壤侵蝕量降低，因此養分隨土壤的流失量也大大降低。
2.2 聚丙烯酰胺造紙行業中的應用
近年來，聚丙烯酰胺作為一種能在水中溶解形成溶液的高分子，具有性能優異、使用方便、有利于環保等諸多優點，已在造紙工業中發揮了重大作用。其中一個重要作用便是作為紙張的增強劑；此外，還被大量用作助留劑、助濾劑、處理造紙廢水用的絮凝劑、纖維分散劑等。目前，用于造紙工業中的PAM其分子量范圍一般在1~2000萬數量級，而作為紙張增強劑的適當分子量一般在10萬~100萬之間。這是由于PAM使用時，其結構中所帶的易與漿料纖維素結構中的羥基之間形成大量氫鍵而使紙頁強度得到提高。
2.2 聚丙烯酰胺用作絮凝劑
PAM系列產品是水溶性高分子領域中應用廣泛的產品之一。PAM的-CONH2基團可同許多物質親和、吸附形成氫鍵。高相對分子質量的PAM在被吸附的粒子間形成“架橋”，使數個甚至數十個粒子聯接在一起，生成絮團，加速粒子下沉，這使PMA成為理想的絮凝劑，因此它是目前世界上應用廣、效率高的有機合成高分子絮凝劑。合成類有機高分子絮凝劑是利用有機物高分子的分子量大、分子鏈官能團多的結構特點，經化學合成的一類有機絮凝劑，該產品具有性能穩定、容易根據 需要控制合成產物分子量等優點。其中，應用較多的主要是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物，約占世界同類高分子絮凝劑總產量的80%以上，它們具有用量少、高絮凝性和低生產成本等優點。近年來，科學工作者又研制出丙烯酰胺與功能性陽離子單體共聚物絮凝劑等新型改性合成有機高分子絮凝劑。但以聚丙烯酰胺為代表的合成高分子有機絮凝劑的殘留物不易被降解，且其單體丙烯酰胺有強烈的神經毒性和“三致”效應（致畸、致突變、致癌），容易造成二次污染，因此合有機高分子絮凝劑的應用也受到了一定的限制。
2.3 聚丙烯酰胺凝膠在納米粉體制備中的應用
納米粉體材料的發展非常迅速，其應用也日漸廣泛，潛在的發展能力不可估量。制備粒徑均勻可控的粉體對于納米材料的研究就顯得至關重要。使用聚丙烯酰胺凝膠法制備粉體材料可以控制粉體粒徑，并可進行有選擇摻雜而且原料還廉價易得。但在面對其優點的同時，我們應高度重視該方法采用，原料有毒性的缺點。
2.3 聚丙烯酰胺在開采石油中的應用
高分子量大的部分水解的聚丙烯酰胺可以提高油田注入液的黏度、調整水油流度比、改善油藏的非均質性、提高注入液的波及系數，因此其被廣泛用作三次采油中的聚合物驅油劑。但部分水解 聚丙烯酰胺在實際應用中也存在一些問題，如耐溫抗鹽性能差等。
3、展望
綜上所述可知，由于我國特別是西北地區水土流失舉世矚目，并且許多地方出現了不同程度的沙漠化。要建立山川秀美的大西北首先需要保水保土保肥，特別是在無植被條件下采取短期有效的工程措施和化學措施尤為重要。國內外使用聚丙烯酰胺防治土壤水土流失方面取得了一定的成果，但現在還處于實驗階段沒有大面積的推廣應用，相信在不久的將來它會得到廣泛的應用的，能夠更好的造福于我們人類。
此外，利用PAM改良土壤也有很大的發展潛力，該技術不僅操作簡單，成本收益較高，而且環境效益良好。但是，當前關于PAM重復利用效率，PAM與PC、麥秸等混合施用時的效益，PAM與肥料、殺蟲劑等混合施用后防止農用化學肥料、殺蟲劑等流失的效果，以及對不同作物質量和產量的影響等實用研究尚不全，故對于PAN作用機理等的研究還有待進一步深入。我國疆域遼闊，在不同的地區其地形地貌、土質、植被、氣候條件有顯著的差異，這就需要在不同地區開展PAM改良土壤的針對性實用試驗，建立一套規范體系，以便為大范圍推廣應用PAM改良土壤提供完善的技術指導網，使其潛能的到充分的利用。
另外，聚丙烯酰胺在石油開采中的應用也有巨大的發展潛力，針對目前我國的大部分油田開采已經進入了中后期，綜合含水率高，高溫和高鹽油藏多，但是目前的聚合物產品還不能適用于三類以上油藏，為更好的發展，故迫切需要新型的耐溫抗鹽、抗剪切的聚合物驅油劑。此外，由于采油成本的制約，新型聚合物的成本還要經濟合理，因此聚丙烯酰胺單體應參與新型聚合物的共聚，以降低新型聚合物的生產成本，并且較高相對分子質量聚丙烯酰胺的耐溫耐鹽單體共聚物和梳形辮狀聚合物又具有良好的耐高溫抗鹽的性能，因此很有可能成為高溫、高鹽油藏的驅油劑。
