引言：
聚丙烯酰胺，简称PAM，是一种重要的高分子化合物，广泛应用于水处理、土壤稳定、石油开采、纸浆和纺织品生产等多个领域。其优异的吸附性能和水溶性使其在各种工业和环境应用中具有重要作用。
什么是聚丙烯酰胺？
聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAM），俗称絮凝剂或凝聚剂，是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性的或部分含有支链和亚胺桥交联的高分子聚合物，分子量在300～2 500万之间。PAM按离子特性，可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型絮凝剂，通过桥链吸附作用，吸附水体中的悬浮颗粒，使细颗粒形成絮团沉淀。聚丙烯酰胺有什么作用？PAM具有水溶性和活泼的分子结构，可在水处理中作为助凝剂、絮凝剂和污泥脱水剂；在石油钻井和生产中用作沉淀剂、驱油剂和封堵剂；在造纸过程中充当助留剂和增强剂；在纺织品印染中提高印花织物的色牢度和柔韧性；同时在选矿、洗煤、建材、农业、医药、制糖、养殖等行业也有广泛应用。PAM被誉为“百业助剂”和“万能产品”。
1. 聚丙烯酰胺的类型和变体
（1）阴离子聚丙烯酰胺 (APAM)
这些聚合物链上带有带负电的基团。它们广泛用于水处理、废水处理和土壤稳定的絮凝工艺。阴离子基团增强了它们吸引和结合带正电粒子的能力，使它们聚集在一起并从溶液中沉淀出来。
（2）阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM)
相反，阳离子聚丙烯酰胺带有带正电的基团。
（3）其他特定配方
除了离子变体外，聚丙烯酰胺还可以进一步改性，以创建具有定制特性的聚合物，用于各种应用。以下是一些示例：
A. 非离子聚丙烯酰胺衍生物
可以通过连接各种功能组（如羟基或胺基）来实现。它们用于各种应用，例如食品和个人护理产品中的增稠剂，以及特定类型工业废物的絮凝剂。
B. 两性聚丙烯酰胺
这些聚合物的链上既有带正电荷的基团，也有带负电荷的基团。它们可以根据溶液的 pH 值表现出阳离子和阴离子行为。它们用于需要响应 pH 变化的应用。
C. 疏水性聚丙烯酰胺
这些变体包含疏水基团，使其更防水。它们可用于土壤保湿和控制药物释放等应用。
2. 聚丙烯酰胺有什么用途？
（1）石油开采
聚丙烯酰胺（PAM）具有优异的水溶性，具备絮凝、降阻、黏合和增稠等特性，在石油开采、污水处理和造纸等领域广泛应用，尤其在钻井和三次采油等领域发挥重要作用。PAM的水解形态分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性离子型四种，通过PAM分子链中的极性基团吸附水中的悬浮颗粒，实现粒子间吸附架桥或电性中和，形成絮凝物，从而促使快速沉淀或上浮。APAM主要用于油田污水处理。
（2）造纸增强
聚丙烯酰胺（PAM）分子链具有能够向外伸展更多化学反应基团的特性，有利于与纤维形成氢键。同时加入PAM和聚乙烯亚胺可提高纸浆中细小纤维的留存率，提升成纸的整体质量。将PAM置于碱液中升温至100℃，进行与环氧氯丙烷的支化环氧化改性反应，通过减压蒸馏去除未反应的环氧氯丙烷，增加PAM的环氧基和氢键数量，改变了分子的空间结构和玻璃化转变温度。改性后的PAM黏度显著下降，提高了纸张纤维之间的结合力，明显改善了纤维的延展性和拉伸能力，同时增加了细小纤维的留存量。
PG黄染料是造纸工业中常用的阴离子直接染料，易于吸附在纤维素纤维和无机填料表面，用来改善有色纸张的外观性能。在抄造体系中加入无水硫酸钙（CaSO4）晶须会严重影响PG黄染料的染色效率，导致染料分子无法有效吸附在纤维表面。添加0.05%质量含量的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）助留剂或者0.06%两性聚丙烯酰胺（AmPAM）都能有效提高PG黄染料的染色效率和填料CaSO4的留存率。
（3）水处理
将AM、DAC和烷基糖苷在水中混合，加入其它添加剂，室温溶解，经氮气鼓包除氧、低压紫外光引发共聚，合成出新型疏水改性阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。其特性黏度高、阳离子电荷密度高。可处理带负电荷、具有疏水性质的含油污水。
阳离子型PAM链段上带有大量的阳离子，可通过静电吸附作用于粒子表面，丙烯酸丁酯（BA）含有疏水性酯基，其结构柔软，可改善阳离子PAM柔软度和分散性。在通氮保护下，将BA、AM与阳离子单体DAC共聚制备P(AM-DAC-BA）三元嵌段共聚物。应用于有机质或黏土含量较高的污水体系中，絮凝沉降率可达96.5%。
（4）分子生物学实验室
聚丙烯酰胺也经常用于分子生物学应用中，作为蛋白质和核酸电泳的介质，这种技术称为PAGE。PAGE 于 1950 年代初首次用于实验室环境。1959年，Davis和Ornstein以及Raymond和Weintraub小组独立发表了关于使用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离带电分子的文章。该技术在今天被广泛接受，并且仍然是分子生物学实验室的通用协议。
（5）机械生物学
在聚丙烯酰胺凝胶的制备过程中，可以通过改变单体与交联剂的比例来改变聚丙烯酰胺的弹性模量。这种特性使聚丙烯酰胺在机械生物学领域很有用，因为许多细胞对机械刺激有反应。
3. 常见问题回答：
（1）聚丙烯酰胺对身体有什么作用？
聚丙烯酰胺是一种合成聚合物，在护肤配方中用作成膜剂和悬浮剂/粘合剂。其他报告用途包括泡沫剂和润滑剂/润肤剂。这种成分存在于各种美容产品中，包括洗发水、清洁剂、润肤露和美黑产品。聚丙烯酰胺本身通常被认为对人体无害。它是一种大分子，不易渗透皮肤。研究表明，在典型的暴露水平下，它不会产生明显的毒性。然而，人们担心它是由潜在的致癌物丙烯酰胺制成的。
（2）聚丙烯酰胺凝胶如何发挥作用？
聚丙烯酰胺凝胶通常用于实验室的蛋白质分离技术。为了使用它们，科学家首先制备一种含有丙烯酰胺和交联剂的溶液。然后将该混合物倒入模具中并使其凝固，形成凝胶。然后施加电流，根据蛋白质的大小和电荷分离蛋白质。这个过程很复杂，但基本原理是，较小、带电较多的蛋白质比较大或带电较少的蛋白质在凝胶中的移动速度更快。这使得研究人员能够识别和分析样本中的特定蛋白质。
4. 结论
聚丙烯酰胺作为一种多功能高分子化合物，其在水处理、土壤稳定、石油开采等领域中发挥着重要作用。其优异的吸附能力和可调控的性质，使其在解决工业和环境问题中具有广泛的应用前景。随着科学技术的进步和社会需求的变化，我们可以期待聚丙烯酰胺在未来进一步创新和扩展其应用，为各行业的发展和环境保护做出更大贡献。
参考：
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Polyacrylamide
[2]姚辉,石琳,周新军.聚丙烯酰胺的制备与应用[J].煤炭与化工,2023,46(07):134-139+144.DOI:10.19286/j.cnki.cci.2023.07.035.
[3]https://www.paulaschoice.com/ingredient-dictionary/ingredient-polyacrylamide.html
[4]https://www.bio-rad.com/en-us/applications-technologies/
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