پلی الکترولیت آنیونی مبتنی بر آکریل آمید و کاربرد آن

پلی الکترولیت آنیونی به پلیمری که بار منفی را در امتداد زنجیره پلیمر تحمل می کند، گفته می شود و به  پلیمر مبتنی بر آکریلامید اشاره دارد. این پلی الکترولیت محلول در آب کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف داردکه از جمله مهم ترین آن ها پلی الکترولیت آنیونی است.

 پلی الکترولیت با بار منفی به طور گسترده ای به عنوان منعقدکننده ، عامل کنترل رئولوژی و چسب استفاده می شوند. این نوع پلی الکترولیت بخصوص در عملیات میادین نفتی بعنوان عامل کنترل ویسکوزیته برای بهبود بازیافت نفت و در مباحث مهندسی جریان برای روغن کاری ، بازپس گیری پساب و باز کردن کانال های عبور نفت بکار می رود. پلیمرهای مبتنی بر آکریلامید با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریل آمید و با استفاده از تکنیک های محلول، سوسپانسیون، امولسیون و کوپلیمریزاسیون ساخته می شود. مواد جامد در پراکندگی های آبی بهره مند می شوند. پلیمرهای مبتنی بر آکریل آمید توسط پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریل آمید و مشتقات آن از طریق تکنیک های پلیمرشدن جرمی ، محلولی ، رسوبی ، تعلیقی ، امولسیون و کوپلیمر سازی ساخته می شوند. در میان این ها ، پلیمریزاسیون محلول به دلیل مشکلات کنترل دما و کنترل آشفتگی در پلیمریزاسیون جرمی و هزینه سورفاکتانت ها و حلال ها برای روش های تعلیقی ، امولسیون و پلیمریزاسیون رسوبی ، ترجیح داده می شود.

پلی الکترولیت آنیونی ممکن است به روش های مختلفی با ذرات موجود در پراکندگی آبی برهمکنش داشته باشد که منجر به ثبات یا عدم ثبات پراکندگی ها می شود. ذرات موجود در فاز مایع-جامد می توانند از طریق سه مکانیسم باعث وقوع لختگی و ایجاد بی ثباتی شوند. این مکانیسم ها عبارتند از: پلیمر ، خنثی سازی بار و جذب پلیمر. ذرات موجود در فاز مایع -توسط پلیمرهای آنیونی از طریق نیروهای الکترواستاتیک و دافعه فضایی تثبیت می شوند.

پلی الکترولیت ها، پلیمرهای محلول در آب هستند که منشا طبیعی یا سنتزی دارند. با توجه به بار الکتریکی ، می توان پلی الکترولیت ها را به سه نوع آنیونی ، کاتیونی و آمفوتریک طبقه بندی کرد. پلی الکترولیت های آنیونی ، کاتیونی و آمفوتریک ماکرومولکول هایی هستند که به ترتیب دارای بار منفی (آنیونی) ، بار مثبت (کاتیونی) و هر دو بار مثبت و منفی (آمفیوتریک) هستند ، چه در گروه های زنجیره جانبی و چه در زنجیر اصلی پلیمر. اصطلاح پلی الكترولیت برای مشخص كردن پلیمرهایی كه شامل بیش از 15٪ گروه های یونی می باشند ، به كار می رود و به آن پلیمرهایی كه دارای محتوای گروه یونی كمتری هستند ، یونومر گفته می شود.

 جدا از ساختار مولکولی پلی الکترولیت ، وزن مولکولی و چگالی بار دو ویژگی خاص پلی الکترولیت ها هستند. بسته به میزان بار الکتریکی ، توزیع بار ، و وزن مولکولی کم ، متوسط ​​یا زیاد، پلی الکترولیت ها در طیف وسیعی از صنایع کاربرد های مختلفی دارند. استفاده گسترده از پلی الکترولیت از خواص ویژه آن در محلول ناشی می شود، ویژگی هایی مانند تغییر رئولوژی (جریان) یک محیط آبی در جهت افزایش ویسکوزیته فاز آبی یا قابلیت جذب بر ذرات یا سطوح به منظور جداسازی ، شفاف سازی ، شناور یا پراکندگی فازهای جامد-مایع.

انواع پلی الکترولیت با توجه به ویژگی های آن

پلی الکترولیت آنیونی می تواند انواع مختلفی داشته باشد. در بین پلی الکترولیت های مختلف آنیونی ، پلیمرهای آکریل آمید، با توجه به کاربرد گسترده ای که دارند، رایج ترین نوع هستند. آنها در زمینه های مختلف مهندسی و فناوری به عنوان منعقدکننده استفاده می شوند، همچنین کاربرد های دیگری که از جمله می توان به عنوان عامل افزایش بازیابی نفت، مواد افزودنی سیال حفاری، تثبیت کننده های شیل ، عامل تغلیظ کننده و اتصال دهنده ، عامل پراکندگی، عامل فرآوری مواد معدنی ، مواد کاغذ سازی، و عامل تثبیت خاک اشاره کرد. این پلیمرها را می توان با دو ویژگی خاص ، وزن مولکولی (MW) و چگالی بار (CD) توصیف می شوند. طول زنجیره ماکرومولکول آنیونی را می توان از مقادیر کم وزن مولکولی تا حدود ده ها میلیون گرم بر مول کنترل کرد. همچنین میزان بار منفی در طول ماکرومولکول های آنیونی از صفر تا حدود 100٪ قابل تغییر است. بسیاری از محصولات کلوئیدی هستند ، سیستم های دو فازی که در آنها یک فاز دارای ابعاد در محدوده اندازه 1 نانومتر تا  10 میکرومتر در فاز ماتریس یا پراکندگی ذرات بزرگتر است. کلوئیدها در بسیاری از فرایندها استفاده می شوند که به عواملی مثل چگالی بار آن و وزن مولکولی ، و جذب آن بر روی سطح بستگی دارد. ذرات ممکن است یکی از دو اثر را داشته باشند ، ایجاد ثبات و برهم زدن ثبات یا لخته سازی. در شکل زیر فرآیند آماده سازی پلی آکریل آمید آنیونی نشان داده شده:

آماده سازی پلی آکریل آمید آنیونی

آماده سازی پلی آکریل آمید آنیونی

  • در فرآیند تثبیت ، ارتباط و ته نشینی ذرات مهار می شود و ذرات برای مدت طولانی در حالت پراکنده باقی می مانند. کاربرد این پدیده در رنگ ها ، مواد آرایشی ، مواد شوینده ، داروها و مواد غذایی ظاهر می شود.
  • در فرآیند لخته سازی ، ذرات به گونه ای در هم تنیده می شوند که به راحتی از محیط اطراف جدا می شوند و تجمیع می شوند.کاربرد این پدیده در تصفیه آب ، تهیه کاغذ ، فرآوری مواد معدنی و بازیابی از معدن است.

پلی الکترولیت آنیونی

بار الکتریکی پلی الکترویت های آنیونی منفی است. طیف گسترده ای از بار الکتریکی امکان پذیر است ، از صفر تا تراکم شارژ بالا. پلی الکترولیت های آنیونی به عنوان منعقد کننده و فلوکولنت در تصفیه آب و فاضلاب و در آبگیری لجن فاضلاب شهری و صنعتی کاربرد فراوانی دارند. پلی الکترولیت های آنیونی همچنین به عنوان افزودنی سیال حفاری و سیستم های نفتی، و همچنین برای جداسازی سنگ در معدن و استقرار خاک در صنایع کشاورزی استفاده می شوند.  پلی الکترولیت های آنیونی به دو دسته پلیمرهای سنتزی و طبیعی طبقه بندی می شوند.

فروش پلی الکترولیت آنیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

پلیمر های آنیونی سنتزی

انواع بیشماری از پلی الکترولیت مصنوعی وجود دارد که برخی از آن ها طبق ساختار شیمیایی که دارند در زیر ذکر شده است. از نظر کاربرد مهمترین آنها پلی الکترولیت های مبتنی بر آکریل آمید با وزن مولکولی کم ، متوسط ​​و بالا و چگالی بار متنوع است. پلی آکریل آمید هیدرولیز شده جزئی (HPAM) یک کوپلیمر خطی با وزن مولکولی بالا است که از واحدهای مونومری آکریلات (آنیونی) و آکریلامید (غیر یونی) تشکیل شده است که بار آنیونی متوسط آن را ​​برای افزودنی گل حفاری مناسب ساخته است. نسبت گروه های آکریلات به آکریلامید روی زنجیره پلیمر و یا وزن مولکولی می تواند در طول تولید تغییر کند. این پلیمر همچنین به عنوان بهبود دهنده خاک رس استفاده می شود ، یا به صورت مخلوط خشک در خاک رس قرار می گیرد یا به گل کم بنتونیتی اضافه می شود. علاوه بر این ، HPAM می تواند برای انعقاد جامدات کلوئیدی در حین حفاری با آب شفاف و برای تصفیه فاضلاب استفاده شود. HPAM با وزن کم مولکولی یک ماده ضدانعقاد برای خاک رس است. کوپلیمرهای آنیونی آکریل آمید معمولاً حاوی گروه عاملی کربوکسیلات ، سولفونات یا فسفونات هستند. کوپلیمرها ممکن است با کوپلیمر شدن آکریل آمید با یک مونومر دیگری از نوع وینیل که حاوی گروه عاملی کربوکسیلات ، سولفونات یا فسفونات است، ایجاد می شوند. در ادامه به بررسی ساختارهای شیمیایی  مهم ترین پلیمرهای سنتزی آنیونی می پردازیم.

پلی الکترولیت آنیونی دارای گروه عاملی کربوکسیل

پلی الکترولیت های آنیونی حاوی گروه های کربوکسیل با وزن مولکولی کم یا وزن مولکولی بالا و با تراکم بارهای مختلف تا کنون مهمترین دسته پلی الکترولیت آنیونی هستند.  پلیمرهای آنیونی حاوی کربوکسیل با وزن مولکولی بالا به عنوان منعقدکننده برای تصفیه آب و فاضلاب استفاده می شود. کوپلیمر HPAM سدیم آکریلات و آکریل آمید مهمترین پلی الکترولیت آنیونی است که بر اساس آکریلامید ساخته شده و به دو روش به دست می آید.

در روش اول ، از فرآیندی شامل پلیمریزاسیون همزمان و هیدرولیز آکریلامید برای تهیه HPAM استفاده می شود. تهیه پلیمر از طریق پلیمریزاسیون یک مرحله ای انجام می شود به طوریکه پلیمریزاسیون و هیدرولیز همزمان صورت می گیرد. به منظور به دست آوردن درجات مختلف هیدرولیز ، از نسبت های مختلفی از آکریل آمید و عامل قلیایی هیدرولیز استفاده می شود و واکنش با اضافه کردن یک آغازگر اکسایش-کاهش که از پرسولفات پتاسیم و بیسولفیت سدیم تشکیل شده است آغاز می شود. ساختار شیمیایی پلی آکریل آمید هیدرولیز شده جزئی در شکل قبل نشان داده شد.

در روش دوم از فرآیندی استفاده می شود که شامل کوپلیمر شدن آکریل آمید و آکریلات سدیم با یک سیستم اکسایش-کاهش است که آغاز کننده آن رادیکال آزاد است. درجات مختلف هیدرولیز كوپولی آكریلامید-(آكریلات سدیم) با تغییر محتوای آكریلات مخلوط مونومر حاصل می شود. آمیدهای قطبی و گروه های کربوکسیلیک یونی باعث حلالیت کوپلیمر در آب می شوند. فرآیند کوپلیمرزاسیون پلی آکریل آمید در شکل بعد نشان شده است.

پلی الکترولیت آنیونی حاوی گوگرد

 انواع بیشماری از پلی الکترولیت های حاوی گوگرد وجود دارد ، اما انواع مبتنی بر آکریل آمید حاوی اتم های گوگرد رایج ترین آنها است. این نوع پلی الکترولیت ها می توانند از طریق پلیمریزاسیون و نیز کوپلیمریزاسیون مونومرهای حاوی اسید سولفونیکساخته شوند. فرآیند کوپلیمریزاسیون پلیمرهای سولفوناته شده در شکل زیر نشان داده شده است.

 سولفومتیله کردن پلی آکریل آمید روش دیگری برای ایجاد گروه عاملی سولفونات است. این فرآیند در شکل زیر نشان داده شده است.

پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر

پلی الکترولیت های آنیونی حاوی فسفر از جمله تحولات اخیر در زمینه تصفیه آب به شمار می روند. به نظر می رسد که این پلی الکترولیت ها در زمینه های کنترل رسوب از طریق کیلیت سازی کاربرد دارند. ساختار شیمیایی یک پلی الکترولیت آنیونی حاوی فسفر در شکل بعد نشان داده شده است.

پلیمرهای طبیعی

 لیگنین سولفونات یک پلی الکترولیت طبیعی اصلاح شده است که توسط لیگنین سولفوناته ساخته شده و به عنوان عامل پراکندگی در ملات بتنی استفاده می شود. پلی ساکاریدهای سولفاته یا مشتقات آنها نیز پلیمرهای زیستی طبیعی هستند.که از جمله آن ها می توان به هپارین ، دکستران سولفات ، منان سولفات و کندرویتین سولفات ، که در پزشکی استفاده می شوند، اشاره کرد. ساختار شیمیایی لیگنین سولفونات در شکل بعد نشان داده شده است.

 

روش تولید پلی آکریل آمید

تولید پلی الکترولیت آکریلامید از دهه 1950 شروع شد و در طی سی سال گذشته تولید آنها در حال توسعه است. به منظور پاسخگویی به تقاضای جهانی ، توسعه روش های جدید تولید ضروری بوده است. روش اصلی تولید پلی الکترولیت آکریلامید پلیمریزاسیون رادیکال آزاد با تکنیک های مختلفی از جمله محلول ، جرمی ، رسوب ، تعلیق و امولسیون است.

پلیمریزاسیون محلول

فرآیند پلیمریزاسیون در حلال هایی که حاوی پلیمرها و مونومرها هستند ، رخ می دهد. پلی الکترولیت مبتنی بر آکریل آمید توسط کوپلیمرزاسیون رادیکال آکریلامید با مونومرهای وینیل مانند اکریلیک اسید، متاکریلیک اسید، مالئیک اسید، فوماریک اسید و مشتقات آکریلامید یا نمک های آنها تولید می شود.

حلال آکریل آمید و پلیمرها شامل آب ، فرمامید ، اسید استیک ، اسید فرمیک ، دی متیل سولفوکسید و برخی از مخلوط های آلی آبی هستند. نوع حلال ، pH ، دما ، سورفاکتانت ، عامل انتقال دهنده زنجیره ای و عامل کمپلکس سینتیک پلیمریزاسیون آکریلامید و ویژگی پلیمر تشکیل شده را کنترل می کند. پلیمریزاسیون آکریلامید معمولاً در محلول های آبی انجام می شود چراکه در آن تشکیل پلیمر با وزن مولکولی بالا با سرعت بالا امکان پذیر است. پلیمریزاسیون در محلولهای آبی 8-10٪ آکریل آمید در حضور یک آغازگر در مجاورت نیتروژن و با pH بین 8/5-9 انجام می شود. پلیمریزاسیون در دمای اتاق شروع می شود و درجه حرارت به 90 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. ژل پلیمری تهیه شده با قرار دادن چندین بار در حلال های آلی خالص می شود و سپس خشک می شود. پلیمریزاسیون آکریلامید در محلول های آبی در مجاورت قلیاهایی نظیر هیدروکسید سدیم و پتاسیم منجر به تولید HPAM می شود.

پلیمریزاسیون جرمی

این فرآیند پلیمریزاسیون بدون حلال یا رقیق کننده انجام می شود. در این روش می توانپلی الکترولیت های با وزن مولکولی بالا تولید کرد. ترکیبات حاصل از این فرآیند بسیار خالص هستند ، زیرا فقط مونومرها و در صورت لزوم آغازگرها و کاتالیزورها اضافه می شوند. پلیمریزاسیون جرمی به دلایل اقتصادی و زیست محیطی نیز از مزیت بالایی برخوردار هستند ، زیرا در این فرآیند به بازیافت و تصفیه حلال و همچنین دفع زباله های مایع نیازی نیست. اما از طرف دیگر ، مشکلات قابل توجهی در اجرای فرایند وجود دارد که از جمله آن ها می توان به از بین بردن حرارت پلیمریزاسیون و کنترل ویسکوزیته مخلوط واکنش اشاره کرد. علاوه بر این ، پلیمریزاسیون در یک محیط بسیار ویسکوز، واکنش های جانبی مانند انتقال زنجیره را به همراه دارد. پلیمریزاسیون جرمی می تواند جز واکنش های همگن و یا ناهمگن باشد. در پلیمریزاسیون جرمی همگن ، پلی الکترولیت در مونومر حل می شود ، اما در پلیمریزاسیون جرمی ناهمگن ، پلی الکترولیت تشکیل شده در مونومر خود نامحلول است.

پلیمریزاسیون رسوبی

در این نوع پلیمریزاسیون ، پلی الکترولیت در هنگام تهیه رسوب می کند. پلیمریزاسیون در حلال های آلی ، یعنی استون ، استونیتریل ، دیوکسان ، اتانول ، تربوتانول و THF یا در بستر آلی-آبی که به عنوان حلال برای مونومرها و غیر حلال برای پلی الکترولیت ها می باشد، انجام می شوند. در آغاز پلیمریزاسیون ، مخلوط واکنش همگن است ، در حالی که در طی فرآیند ، پلیمر رسوب می کند و واکنش در شرایط ناهمگن ادامه می یابد. پرسولفات، پربورات، بنزوئیل پراکسید، AIBN، و سیستم های اکسایش-کاهش به عنوان آغازگر این واکنش به کار می روند. از آنجا که در پلیمریزاسیون رسوبی ، مخلوط واکنش ویسکوز نمی شود ، پلیمریزاسیون در محلول های آکریلامید 10 تا 30٪ انجام می شود. پلیمر رسوب شده ، که با بازده بالا به دست می آید و وزن مولکولی نسبتاً بالایی دارد ، فیلتر شده و خشک می شود.

پلیمریزاسیون تعلیقی

سیستم تعلیق (سوسپانسیون) از طریق پراکندگی محلول مونومر آبی در یک حلال آلی با  استفاده از یک همزن مکانیکی و در حضور تثبیت کننده بدست می آید. قطر قطرات در محلول مونومر آبی در محدوده 1/0 تا 5 میلی متر متغیر است. هیدروکربن های آلیفاتیک یا آروماتیک یا مخلوط آن ها حاوی شش تا 10 اتم کربن می توانند به عنوان حلال های آلی به منظور تهیه محیط این واکنش مورد استفاده قرار گیرند. در این روش اشعه ماوراء بنفش و گاما می توانند پلیمریزاسیون را آغاز کنند. تعادل هیدروفیل-لیپوفیل تثبیت کننده ، توزیع آن بین فازهای آبی و آلی و دما ممکن است در سیستم تعلیق تأثیر بگذارد. بازده پلیمریزاسیون و وزن مولکولی پلی الکترولیت نهایی بستگی به ماهیت تثبیت کننده و غلظت آن دارد. پلیمریزاسیون تعلیقی به طور معمول در محلولهای آبی آکریلامید 65٪ پراکنده در یک حلال آلی با حضور تثبیت کننده و آغازگر و در دمای 60-100 درجه سانتی گراد انجام می شود و پلی الکترولیت حاصل شده به صورت پودر یا گرانول می باشد.

پلیمریزاسیون امولسیون

به منظور ایجاد امولسیون معکوس ، محلول آبی آکریلامید در حضور یک امولسیفایر آب در روغن به منظور ایجاد ذرات در سایز 1-10 میکرومتر، در یک حلال آلی پراکنده می شود. این فرآیند توسط یک آغازگر محلول در روغن یا آب آغاز می شود. پلیمریزاسیون در امولسیون معکوس با استفاده از محلول های مونومر غلیظ انجام می شود. محصول به صورت ذرات پلیمری است که در یک فاز مداوم آلی پراکنده می شوند. سینتیک پلیمریزاسیون آکریل آمید در امولسیون معکوس و ویژگی پلی الکترولیت نهایی به ماهیت و غلظت امولسیفایر ، آغازگر ، حلال مورد استفاده به عنوان بستر پراکندگی ، دما و سرعت همزن بستگی دارد. با این روش، وزن مولکولی پلی الکترولیت تشکیل شده نسبت به پلیمری که با روش پلیمریزاسیون محلول به دست می آید، کمتر است. پلیمریزاسیون امولسیون با شارژ رآکتور با محلول امولسیفایر در یک حلال آلی انجام می شود و محلول مونومر آبی با غلظت 20-60٪ در فاز آلی با هم زدن پراکنده می شود. این واکنش در مجاورت گاز نیتروژن و در دمای 30-60 درجه سانتی گراد انجام می شود. سپس یک محلول آغازگر به مخلوط واکنش وارد می شود و روند طی 3 تا 6 ساعت انجام می شود. لاتکس تولید شده را می توان با گرم کردن تحت خلاء متراکم کرد.

مکانیسم برهمکنش پلی الکترولیت

پلی الکترولیت های آنیونی با ذرات پراکنده در محیط های آبی به چندین روش برهمکنش دارند که باعث ثبات یا عدم ثبات پراکندگی می شود. ثبات به معنای این است که ذرات برای مدت طولانی در حالت پراکنده باقی می مانند و ته نشین نمی شوند. ذرات موجود در فاز مایع-جامد می توانند از طریق سه مکانیسم که باعث افزایش لخته شدن می شوند ، بی ثبات شوند: پل پلیمری ، خنثی سازی بار و جذب پلیمری.  بسته به وزن مولکولی و چگالی بار فلوکولنت ها ، استفاده از یک ، دو یا سه مکانیسم به طور هم زمان باعث از بین بردن پراکندگی و ته نشین شدن ذرات می شود. مکانیسم جذب پلیمری مسئول تثبیت پراکندگی و توزیع یکنواخت ذرات جامد در فاز مایع از طریق هر دو اثر دافع الکترواستاتیک و فضایی است.

تشکیل پل پلیمری

پل زدن پلی الکترولیت ها یکی از مکانیسم های برهم زدن ثبات است که طی آن ، اتصال ماکرومولکول ها به ذرات مختلف باعث ته نشین شدن ذرات می شود. دو نوع پل مختلف وجود دارد که شامل بار منفی یا مثبت پلی الکترولیت ها و ذرات کلوئیدی است و به صورت پل پلی اتیلنی است که بین مواد با بارهایی که علائم یکسان یا متضاد دارند به وجود می آید. پل زدن ذرات کلوئیدی با بار منفی توسط پلی مولکولهای آنیونی و کاتیونی با وزن مولکولی بالا به ترتیب دو نوع برهم کنش مشابه و متضاد است. پلیمرهای زنجیره ای خطی با وزن مولكولی بالا ، مؤثرترین پلی الکترولیت ها برای پل زدن هستند و چگالی بار تأثیر زیادی در مکانیسم پل زدن دارد. با توجه به نیروهای دافعه، در مورد پلی الکترولیت های آنیونی با چگالی بار زیاد ، جذب ذرات با علامت بار یکسان مشکل خواهد بود. با این حال ، برخی درجات بار مناسب هستند ، زیرا دافعه بین بخش های باردار منجر به گسترش زنجیرها می شود که به نوبه خود باید باعث افزایش اثر پل می شود. بنابراین ، یک چگالی بار بهینه برای لخته شدن ذرات با بار منفی و پلیمرهای آنیونی وجود دارد. از پلی الکترولیت های آنیونی اغلب برای جذب و لخته سازی ذرات منفی استفاده می شود. اگرچه ، برخی از نیروهای دافعه بین بخش های آنیونی زنجیره های پلیمری و سطوح بار منفی ذرات وجود دارد. به منظور جذب موثر و جلوگیری از دافعه الکتریکی ، غلظت مشخصی از یون های فلزی دو ظرفیتی که به عنوان الکترولیت مورد استفاده قرار می گیرند ، لازم است. یون های فلزی دو ظرفیتی مانند کبالت، باریوم و منیزیوم می توانند دافه را کاهش داده و جذب را تقویت کنند. این یون های مثبت دارای اثر غربالگری در محلول هستند و باعث نزدیکی بین زنجیره های پلیمری می شوند.

خنثی سازی بار الکتریکی

بیشتر ذرات موجود در طبیعت دارای بار منفی هستند و پلی الکترولیت های کاتیونی به شدت با استفاده از مکانیسم خنثی سازی بار، ذرات با بار مخالف را جذب می کنند. از طرف دیگر ، پلی الکترولیت های آنیونی به واسطه همان مکانیسم بر روی ذرات دارای بار مثبت جذب می شوند. بنابراین ، پلی الکترولیت کاتیونی حاوی بارهای مثبت در زنجیره پلیمری، موثرترین منعقدکننده از نظر کاربردی است. برهمکنش پلی الکترولیت های باردار با ذرات با بار مخالف منجر به خنثی سازی بار آن ها و بر هم زدن ثبات سیستم می شود. در این حالت ، چگالی بار پلی الکترولیت نقش مهمتری نسبت به وزن مولکولی آن ایفا می کند. بنابراین ، پلی الکترولیت های با وزن کم مولکولی با چگالی بار زیاد ، ذرات با بار متضاد را در فازمایع-جامد به طور موثری جذب می کنند. از آنجا که در بسیاری موارد ، مکانیسم خنثی سازی بار الکتریکی و مکانیسم پل زدن هم زمان عمل می کنند، می توان نتیجه گرفت که هم چگالی بار و هم وزن مولکولی در فرآیند جذب تاثیر دارند. بنابراین ، توجه به ترکیبی از اثرات بار و وزن مولکولی به منظور دستیابی به اثرات منعقد کننده و لخته کننده لازم است.

جذب پلیمری

پلی الکترولیت ها از طریق مکانیسم های مختلفی با ذرات پراکنده برهمکنش دارند. مکانیسم های جذب پلی الکترولیت بسته به ماهیت نیروهای درگیر، را می توان به دو دسته جذب فیزیکی و شیمیایی طبقه بندی کرد. جذب فیزیکی معمولاً یک برهمکنش ضعیف است و تغییرات انرژی کمی را در پی دارد. جذب شیمیایی از طریق پیوند کووالانسی بین جاذب و گونه های سطح رخ می دهد و برهمکنشی قوی محسوب می شود. بنابراین در ادامه ، مکانیسم های جذب پلی الکترولیت با قدرت های متفاوت مانند پیوند هیدروژنی ، برهمکنش آبگریز ، پیوند یونی ، برهمکنش الکترواستاتیک و نیروهای واندروالس به طور خلاصه و به طور جداگانه توضیح داده شده است.

پیوند هیدروژنی

گروه آمید در پلیمرهای آنیونی مبتنی بر پلی آکریل آمید یک گروه قطبی است و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی با گروه های اکسیژن ، نیتروژن و فلوئور را دارد و از این طریق جذب ذرات می شود. گروه های آمید قطبی قادر به اتصال با گروه های هیدروکسیل اکسیدهای معدنی مانند سیلیس و آلومینا هستند.

برهمکنش آبگریز

پلی الکترلیت آنیونی مبتنی بر آکریل آمید شامل دو بخش قطبی و غیر قطبی است. ، که به عنوان بخش های آبگریز و آبدوست شناخته می شوند. بخش آبگریز پلیمر مسئول جذب ذرات غیر قطبی است. ذرات غیر قطبی در پراکندگی های مایع-جامد می توانند توسط بخش آبگریز یک پلیمر آنیونی جذب شوند.

پیوند یونی

پلی الکترولیت ها قادر به جذب سطحی با علامت بار یکسان هستند.در واقع، در حضور برخی از یون های دو یا سه ظرفیتی ، پلی الکترولیت های آنیونی حاوی بارهای منفی می توانند روی سطوح دارای بار منفی جذب شوند. به عنوان مثال ، یون های کلسیم ، منیزیم و آلومینیوم می توانند باعث جذب پلی آکریل آمید هیدرولیز شده بر روی ذرات با بار منفی شوند. این برهمکنش نتیجه ایجاد پل بین گروه های کربوکسیلات روی زنجیره های پلی آکریل آمید و سایت های آنیونی سطح توسط یون های مثبت دو یا سه ظرفیتی است. برهمکنش اتصال یونی تأثیر عمیقی در فرآیند لخته سازی که در صنایع مختلف به کار می رود، دارد.

برهمکنش الکترواستاتیک

پلی الكتروليت ها بر روی ذرات یا سطوح دارای بار متضاد جذب می شوند. یعنی ، پلیمرهای آنیونی با بار منفی بر روی ذرات یا سطوح مثبت جذب می شوند. بنابراین ، انرژی جذب الکترواستاتیک نقش مهمی در شکل گیری توده های پلیمری ایفا می کند. اگرچه، در این حالت، ظرفیت جذب پلی الکترولیت به نوع و غلظت الکترولیت بستگی دارد. هنگامی که برهمکنش الکترواستاتیک تنها جاذبه محسوس باشد ، آنگاه اثر نمکی می تواند مهم باشد. به دلیل اثر غربالگری نمک بین بخش های یونی زنجیره پلیمر و یون های محلول ، جذب پلی الکترولیت با افزایش غلظت نمک کاهش می یابد. اما هنگامی که برهم کنش های دیگری نیز مانند پیوند هیدروژن یا جذب آبگریز وجود داشته باشد، جذب پلی الکترولیت با غلظت نمک کمتر تحت تأثیر قرار می گیرد.

نیروهای واندروالس

نیرو های واندروالس نیروهای فیزیکی هستند ، که عمدتاً بین همه مواد جاذبه ایجاد می کنند ، اما ممکن است تحت برخی شرایط دافعه ایجاد کنند. جذب واندروالس به طور کلی تابعی از ترکیب مواد و قطبیت پذیری مولکولی است. نیرو های واندروالس عمدتاً ناشی از نیروهای پراکندگی لندن، برهمکنش موقت دو قطبی-دوقطبی یا دو قطبی-دوقطبی القایی بین مولکول ها هستند.

فروش پلی الکترولیت آنیونی

فروش پلی الکترولیت آنیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

کاربرد پلی الکترولیت

پلی الکترولیت در ازدیاد برداشت نفت (EOR)

پلی الکترولیت های آنیونی مبتنی بر آکریل آمید که پلیمرهای محلول در آب هستند در بسیاری از عملیات های نفتی از جمله حفاری ، جریان آب ، جریان شیمیایی و بهینه سازی پروفایل استفاده می شوند. در بیشتر کاربردهای بهبود برداشت نفت (IOR) ، پلیمر به عنوان اصلاح کننده گرانروی عمل می کند و باعث افزایش ویسکوزیته فاز آبی می شود. این افزایش می تواند راندمان رفت و برگشت را در طی فرآیند برداشت نفت بهبود بخشد. HPAM با وزن مولکولی بالا که در عملیات ازدیاد برداشت نفت مورد استفاده قرار می گیرد باعث گسترش زنجیره و ایجاد برهمکنش فیزیکی می شود و در نهایت ویسکوزیته را افزایش می دهد.

گروه های آنیونی با بار یکسان در HPAM دافعه دارند و باعث انبساط زنجیره می شوند که منجر به ویسکوزیته بالاتر محلول می شود. ویسکوزیته محلول HPAM با افزایش وزن مولکولی افزایش یابد. بنابراين ، این ترکیب در عملیات میادین نفتی مطلوب است چرا كه مي تواند در غلظت هاي كم ويسكوزيته بالایی توليد كند.

پلی الکترولیت جهت تثبیت شیل

پلی آکریل آمید با وزن مولکولی بالا به عنوان یک پلیمر تثبیت شیل در سیستم های گل آلود پلی آکریل آمید (HPAM) جزئی هیدرولیز شده استفاده می شود. HPAM ، هنگامی که به عنوان عامل کنترل گل شیل مورد استفاده قرار می گیرد ، با فیلمی که باعث جلوگیری از پراکندگی و تجزیه می شود ، میکرو شکستگی ها و سطوح شیل را می پوشاند. کلرید پتاسیم به عنوان یک مهار کننده شیل در اکثر سیستم های گل آلود HPAM مورد استفاده قرار می گیرد. این پلیمرهای پلی آکریل آمید ممکن است هموپلیمرها ، کوپلیمرها ، ترپولیمرها یا ترکیبی از آن ها با غلظت حداقل حدود 95٪ واحدهای مونومر آکریلامیدو باشند. نسبت آکریلیک اسید به گروه های آکریلامید در زنجیره پلیمر، همانند وزن مولکولی می تواند در تولید متفاوت باشد. متغیر دیگر قلیایی است که برای خنثی کردن گروه های اکریلیک اسید استفاده می شود و معمولاً NaOH ، KOH یا NH4OH است. غلظت 10 تا 30٪ از گروه های آکریلات خواص آنیونی بهینه را برای کاربرد های حفاری فراهم می کند. این سیستم سالهاست که به عنوان یکی از مهارکننده ترین سیستم های مبتنی بر آب و گل مورد استفاده قرار می گیرد و از نظر تجاری در دسترس صنعت است. هیدراتاسیون شیل ، که معمولاً هنگام استفاده از جریان های مبتنی بر آب در تشکیلات حساس به آب مشاهده می شود ، دلیل اصلی عدم ثبات چاه است. بنابراین ، هر مایع حفاری مورد استفاده در شیل باید دارای حداقل واکنش پذیری با شیل باشد ، این امر به معنای آن است که آب موجود در جریان نباید باعث تورم رس های شیل شود. پلیمرهای پلی آکریل آمید با وزن مولکولی بالا از نظر تجاری در دسترس هستند و به دلیل توانایی مهار هیدراتاسیون شیل مشهور هستند ، زیرا HPAM پراکندگی قلمه های شیل را کاهش می دهد.

پلی الکترولیت به عنوان افزودنی سیال حفاری

HPAM یکی از مهمترین افزودنی هایی است که به عنوان عامل تعلیق برای تثبیت قلمه های حفاری مورد استفاده قرار می گیرد. درجه بار می تواند از صفر تا 100 درصد متغیر باشد. اگرچه ، غلظت تقریبا 10-30 درصد از گروه های آکریلات خواص آنیونی بهینه ای برای کاربردهای حفاری فراهم می کند. در سیالات حفاری ، رئولوژی محلول نقش عمده ای دارد. در این حالت ، مایعات نازک برشی مطلوب هستند که می توانند قلمه های حفاری را با سرعت برشی کم به حالت تعلیق درآورند اما مقاومت کمی در برابر جریان در سرعت های بالای برشی داشته باشند.

پلی الکترولیت در تصفیه آب و فاضلاب

پلی الکترولیت های آنیونی سنتزی مانند پلی آکریل آمید و کوپلیمرهای آن توجه زیادی را به عنوان فلوکولنت ها برای تصفیه آب و فاضلاب به خود جلب کرده اند. چگالی بار و وزن مولکولی فلوکولنت های آنیونی دو عامل مهم در انتخاب شرایط بهینه از دید کارآیی و برای بهبود کیفیت آب در تصفیه آب هستند. پلی الکترولیت های آنیونی که وزن مولکولی بالایی دارند و تراکم کم بار دارند ، به عنوان فلاکولانت ها و عوامل کنترل گرانروی کاربرد دارند.

کوپلیمرهای آکریلامید به عنوان کمک کننده منعقد کننده همراه منعقد کننده های معدنی مانند آلوم ، فریک کلرید، هیدروکسید آلومینیوم و فریک سولفات استفاده می شود. پلی الکترولیت آنیونی با تعداد زیادی بار منفی در امتداد زنجیره پلیمر ممکن است با ذرات برهمکنش داشته و به باعث برهم زدن ثبات پراکندگی آبی و شفاف سازی فاز جامد-مایع می شود. این پلیمرهای آنیونی می توانند ذرات با بار مثبت را جذب کرده و با مکانیسم خنثی سازی بار باعث بی ثباتی پراکندگی ذرات شوند. پلی الکترولیت های آنیونی همچنین می توانند ذرات با بار منفی را با مکانیسم پل زدن ته نشین کنند. با این حال ، برای اینکه پل زدن پلی الکترولیت آنیونی موفقیت آمیز باشد ، نیروهای دافعه بین بخش های آنیونی پلی الکترولیت و سطوح منفی ذرات بایدکاهش می یابد. برای غلبه بر دافعه الکتریکی و تقویت جذب ، غلظت مشخصی از یون های فلزی دو ظرفیتی ، مانند کاتیون های کلسیم و منیزیم ، نقش مهمی را ایفا می کند که به دلیل اثر غربالگری ، نیروهای دافعه را به طور مؤثر کاهش می دهند.

پلی الکترولیت در آبگیری لجن

پلی الكتروليت های آبگیری لجن ، شامل انواع آنيوني ، كاتيونيك يا آمفوتريك ، در تصفيه فاضلاب شهري استفاده مي شوند. کوپلیمرهای آنیونی با وزن مولکولی بالا از آکریلامید (AM) و نمک سدیم اکریلیک اسید (NaAA) [پلی (AM-co-NaAA)] در آبگیری لجن استفاده می شوند. این پلیمرها برای اصلاح بار سطحی و امکان انعقاد ذرات معرفی شدند. خواص منحصر به فرد پلی الکترولیت های آنیونی و کاتیونی از چگالی و توزیع بارهای منفی و مثبت به ترتیب ، در امتداد زنجیر اصلی پلیمر ناشی می شود. گروه های عاملی آنیونی و کاتیونی می توانند با ذرات باردار معلق برهمکنش داشته باشند و سوسپانسیون را بی ثبات کنند و در نتیجه باعث انعقاد شوند. پلی الکترولیت های آنیونی مانند HPAM ، دارای بار منفی و پلی الکترولیت های کاتیونی که دارای بار مثبت هستند ، ذرات پراکنده شده با بار مثبت و منفی را به ترتیب از طریق پیوند یونی و برای برخی از ذرات خنثی از طریق پیوند هیدروژنی جذب می کنند. لجن ها کلوئیدهایی شامل سیستم های دو فاز هستند. از این نوع تصفیه که به آن تصفیه شیمیایی گفته می شود برای تصفیه انواع لجن از جمله پسماندهای شهری ، خمیر کاغذ و ضایعات صنعتی مختلف استفاده می شود. عملیات مکانیکی مانند مخلوط کردن ، سانتریفیوژ ، خلاء و فشار می تواند باعث افزایش میزان زهکشی و میزان آب آزاد شده از لجن شود. اما بهترین کارآیی آبگیری نیاز به بهینه سازی هر دو روش تصفیه شیمیایی و تجهیزات مکانیکی دارد. پلیمرهای مقاوم در برابر برش، از نظر عملکرد و راندمان نسبت به پلیمرهای سنتی را در محیط های پر فشار عملکرد بهتری دارند.

فروش پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی

شرکت دکتر کمیکال تامین کننده انواع پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی و همچنین سایر مواد شیمیایی مورد نیاز صنایع مختلف می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.

پلی الکترولیت به عنوان دیسپرسنت

نقش عوامل پراکندگی پلیمری، تقویت فرآیند پراکندگی و اطمینان از اندازه ذرات ریز در ماتریس است ، به طوری که نیروی جاذبه بین ذرات به حداقل برسد. یک عامل پراکندگی با توزیع یکنواخت ذرات جامد در فاز مایع ، ارزش رنگ در مورد رنگدانه ها را تقویت می کند و به یکنواختی سیستم کمک می کند. دیسپرسنت های پلیمری ، از جمله پلی آکریلیک اسید ، پلی آکریل آمید هموپلیمر و کوپلیمرهای پلی آکریل آمید اصلاح شده با کربوکسیلات با وزن مولکولی کم ، در صنایع متنوعی از جمله معدن، تصفیه آب ، سرامیک ، رنگ ، جوهر ، روکش و … استفاده می شود.

بر اساس پلیمرهایی که دارای بار هستند ، انواع مختلفی از دیسپرسنت های مبتنی بر آکریلامید وجود دارد ، مانند دیسپرسنت آنیونی ، دیپسرسنت غیر یونی ، دیسپرسنت کاتیونی ، دیسپرسنت آمفوتر و دیپرسنت ترکیبی. یک دیپرسنت پلیمری شامل هر دو گروه عاملی یونی و غیر یونی ، باعث تثبیت ذرات هم از لحاظ الکترواستاتیک و هم از نظر فضایی شده و عملکرد خوبی در پراکندگی سنگ معدنی ، رنگدانه های معدنی در سرامیک و ذرات رنگدانه رنگی و همچنین سنگدانه های بتن برای صنعت ساخت و ساز دارند.

این پلیمرها به عنوان دیسپرسنت برای پوشش های بر پایه آب و حلال و همچنین برای رنگ و جوهر رفتار می کنند. در محیط های غیر قطبی، دافعه فضایی ناشی از ساختار پلیمری امکان ایجاد یک لایه ضخیم در اطراف ذرات رنگدانه را می دهد که به ساختار مولکولی ، وزن مولکولی ، کیفیت و گروه های جذب شده بستگی دارد. این لایه ها دافعه فضایی بین ذرات پوشیده شده را ایجاد می کنند که مانع از تجمع ذرات تحت تاثیر نیروهای واندروالس می شود. در محیط قطبی ، تثبیت الکترواستاتیک بسیار مؤثر است و با جذب گونه های پلیمری روی ذرات حاصل می شود. در مورد دافعه الکترواستاتیک ، گونه های پلیمری بارهای منفی دارند که ذرات رنگدانه و سطوح آنها را پوشش می دهد. این ذرات روکش دار به دلیل نیروهای دافع الکتریکی ناشی از لایه دوتایی الکتریکی شارژ شده در اطراف ذرات رنگدانه ، یکدیگر را دفع می کنند. پلی الکترولیت های آنیونی با وزن مولکولی کم و چگالی بار بالایی کاربردهای تجاری گسترده ای به عنوان دیسپرسنت دارند. پلی الکترولیت های  آنیونی با وزن کم مولکولی به عنوان ماده نازک کننده عمل می کنند و برای کاهش ویسکوزیته یا جلوگیری از لخته شدن استفاده می شوند. افزودن پلی الکترولیت های آنیونی حاوی بارهای منفی مانند پلی کربوکسیلات ها ، پلی فسفات ها ، لیگنوسولفونات ها و پلیمرهای مختلف سنتزی محلول در آب بارهای الکترواستاتیک ایجاد می کند. این بارهای منفی ذرات مختلف ماتریس را پوشش می دهند به طوری که دافعه الکترواستاتیکی و فضایی بین این ذرات به حداکثر می رسد. و در نتیجه مانع از هرگونه جمع شدن یا لخته شدن می شوند. نمک های سدیم و آمونیوم پلی الکترولیت های مبتنی بر آکریلامید با موفقیت برای این کاربرد استفاده می شوند. استفاده از دیسپرسنت بر پراکندگی ، مورفولوژی و خصوصیات رئولوژیکی ماتریس تأثیر می گذارد به گونه ای که ویسکوزیته کاهش می یابد و ذرات به طور یکنواخت پراکنده می شوند.

پلی الکترولیت در جداسازی سنگ معدن

در کلیه عملیات استخراج معادن ، مواد جامد و مایع باید از هم جدا شوند. در بیشتر فرآیندهای معدنی ، ناخالصی ناشی از خرد شدن و سنگ زنی وجود دارد که  باید به عنوان ناخالصی از ماده معدنی مورد نظر جدا شوند. صنایع معدنی به فلوکولنت ها نیاز دارند از جمله صنایع ذغال سنگ ، سنگ آهن ، بوکسیت ، اورانیوم و غیره. در این میان صنعت ذغال سنگ بزرگترین کاربر است و بیشترین استفاده را از فلوکولانت های كاتيوني و آنیونی می برد. برخي از پليمر هاي طبيعي مانند نشاسته ، صمغ گوار ، چسب حيوانات و ليگين سولفونات نیز در این صنعت کاربرد دارند. پلیمرهای کاتیونی از نوع آمونیوم کواترنر مانند پلی (دی آلدی دی متیل آمونیوم کلرید) (PDADMAC) یا پلی آمین به ویژه در بازیافت زغال سنگ کاربرد دارند. فلوکولنت های سنتزی آنیونی شامل کوپلیمرهای پلی (آکریلامیدکو-آکریلات) هستند ، اگرچه از پلی آکریل آمید غیر یونی نیز استفاده می شود. از HPAM با وزن مولکولی و چگالی بار بالا برای جداسازی گل قرمز از آلومینای محلول به منظور استخراج فلز آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت استفاده می شود.

پلی الکترولیت در تثبیت خاک

کاربرد پلی آکریل آمید جهت بهبود خاک در دهه 50 آغاز شد. پلی آکریل آمید و مشتقات آن که پلیمرهای سنتزی و محلول در آب هستند ، دارای قابلیت تقویت پایداری خاک وکنترل فرسایش هستند. HPAM یک پلیمر آنیونی و محلول در آب است که بارهای منفی در امتداد زنجیره های پلیمری به شکل نمک آنیونی پتاسیم یا آمونیوم دارد و به عنوان یک تثبیت کننده خاک مورد استفاده قرار می گیرد.می توان آن را به عنوان یک هموپلیمر یا یک کوپلیمر مونومرهای مبتنی بر آکریلامید و متاکریل آمید فرموله کرده و خواص ویژه ای به آن داد. خواص بار یونی HPAM نقش مهمی در جذب آن به خاک دارد. یک پلیمر بسیار آنیونی با بارهای منفی به دلیل دفع زنجیره هایی با بار منفی زنجیره ای گسترده تر و برهمکنش بیشتری با خاک خواهد داشت. تحقیقات ثابت کرده چگالی بار 30٪ بیشترین میزان حفاظت خاک را فراهم می کند. وزن مولکولی نیز از کم تا زیاد قابل تنظیم است. اگرچه، پلیمرهای با وزن مولکولی بالا نسبت به نمونه های کم وزن کارایی بیشتری دارند. عملکرد HPAM آنیونی در کنترل فرسایش مبتنی بر توانایی آن در تشکیل پیوندهای یونی است که ذرات خاک کوچکتر را در کنار هم نگه می دارد تا بتوانند ذرات بزرگ را از طریق مکانیسم پل زدن تشکیل دهند. این فرآیند باعث می شود خاک در مقابل نیروهای فرسایش پراکندگی و برشی مقاومت بیشتری داشته باشد. علاوه بر این ، HPAM نفوذ آب به داخل خاک را افزایش می دهد و در نتیجه باعث افزایش رطوبت خاک برای افزایش جوانه زنی بذر ، رواناب کمتر و کاهش فرسایش خاک می شود.

مقالات مرتبط