聚丙烯酰胺的耐剪切性原理

聚丙烯酰胺是高分子聚合物，其分子鏈很長且具有一定的柔性。在受到剪切力作用時，分子鏈會發(fā)生取向和拉伸。在較低的剪切力下，分子鏈能夠在一定程度上適應這種變形，當剪切力消失后，分子鏈有恢復原來狀態(tài)的趨勢。當剪切力過大或持續(xù)時間過長時，分子鏈會被切斷或發(fā)生不可逆的變形。

這是因為聚丙烯酰胺分子鏈是由化學鍵連接的，在強大的剪切力作用下，化學鍵會承受較大的應力。例如，在高速攪拌或通過狹窄管道輸送等過程中，分子鏈之間的摩擦以及與周圍介質(zhì)的摩擦會導致化學鍵斷裂，尤其是分子鏈中的酰胺基（-CONH?）附近的化學鍵更容易受到影響。

不同應用場景下聚丙烯酰胺的耐剪切情況

水處理中的絮凝過程：在污水處理中，當使用機械攪拌設備來混合聚丙烯酰胺和污水以實現(xiàn)絮凝時，需要控制攪拌速度。如果攪拌速度過快，產(chǎn)生的剪切力會使聚丙烯酰胺分子鏈斷裂，導致其絮凝性能下降。一般攪拌槳葉的線速度更好控制在一定范圍內(nèi)，如不超過 1 - 2m/s，這樣可以在保證聚丙烯酰胺與污水充分混合的同時，避免過度的剪切作用，使聚丙烯酰胺能夠有效地發(fā)揮吸附架橋和電荷中和的絮凝作用。

石油開采中的驅(qū)油應用：在石油開采的油藏中，聚丙烯酰胺溶液在通過油藏孔隙和裂縫時會受到剪切作用。由于油藏孔隙結(jié)構(gòu)復雜，滲透率不同，聚丙烯酰胺溶液在高滲透率區(qū)域流動速度快，受到的剪切力大。在這種情況下，普通的聚丙烯酰胺會因為耐剪切性差而導致分子量降低，失去增加水黏度的作用。為了解決這個問題，一些經(jīng)過特殊改性的耐剪切聚丙烯酰胺被應用，這些產(chǎn)品在通過油藏孔隙時能夠更好地保持其分子鏈的完整性，從而維持驅(qū)油效果。

造紙工業(yè)中的應用：在造紙過程中，聚丙烯酰胺在紙漿懸浮液中也會受到一定的剪切力，如在造紙機的流漿箱和網(wǎng)部。如果聚丙烯酰胺的耐剪切性不好，在這些部位分子鏈被破壞，會影響其助留助濾和紙張增強的功能。為了減少剪切力的影響，造紙廠會優(yōu)化造紙機的操作參數(shù)，如控制紙漿流速和流漿箱的壓力，以降低聚丙烯酰胺所受到的剪切力。

提高聚丙烯酰胺耐剪切性的方法

化學改性方法：通過化學改性可以提高聚丙烯酰胺的耐剪切性。例如，在聚丙烯酰胺分子鏈中引入一些剛性基團或交聯(lián)結(jié)構(gòu)。剛性基團可以增加分子鏈的抗變形能力，交聯(lián)結(jié)構(gòu)可以使分子鏈之間形成更牢固的連接，減少在剪切力作用下分子鏈的斷裂。一些研究采用在聚丙烯酰胺合成過程中加入少量的雙官能團單體來實現(xiàn)交聯(lián)，從而提高其耐剪切性能。

物理共混方法：將聚丙烯酰胺與其他耐剪切的聚合物或添加劑進行物理共混也是一種有效的方法。例如，與一些具有良好彈性的聚合物共混，在受到剪切力時，這些聚合物可以起到緩沖和分散應力的作用，保護聚丙烯酰胺分子鏈。同時，一些納米材料添加劑也可以通過與聚丙烯酰胺相互作用，增強其分子鏈的穩(wěn)定性，提高耐剪切性能。