标题：完全絮凝剂
简介
学科：钻探工程
词目：完全絮凝剂
英文：total floeculant
释文：絮凝能力非常强的高分子聚合物。它能够使浆液中的所有固相全部絮凝成胶团而沉降出来。完全絮凝剂用于清水钻进,在国防上也常用于野战军就地饮用水的絮凝澄清等。常用的完全絮凝剂有未水解的聚丙烯酰胺(PAM)溶液或水解度低于l0%的水解聚丙烯酰胺(PHP)溶液等。
生产工艺
完全絮凝剂的反相悬浮聚合时近10年发展起来的实现水溶性聚合物工业化生产的理想方法，1982年Di-monie利用电导、NMR、电镜研究了AM反相悬浮聚合。
反相悬浮聚合的研究表明乳化剂类型影响产物结构，提出了有关聚合的微观特征的看法。Baad对AM反相悬浮聚合研究发现，采用水溶性乳化剂和链烷烃油相时，乳化剂的HLB值一般大于8，聚合机理及聚合反应动力学与溶液或悬浮聚合相同，每一个液滴相当于一个单独的水溶液聚合单位，引发、链增长、链转移和链终止具有游离基聚合特征。符合双分子终止机理。Stupenkova、Dimonie和李小伏等人将AM反相悬浮聚合分为三个阶段，第一阶段形成水/油（W/O）或双连续相，反应体系的电导接近油相电导；第二阶段发生相反转，反应体系电导突增，接近水的电导，水相成为连续相，且黏度明显增加；第三阶段为反相悬浮聚合。1999年何培新等人采用反相悬浮聚合法以含有羟基、酰胺基的亲水性非离子单体的甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚合成了抗盐性能显著提高的高吸水性树脂。
作用机理
微粒分散体系中的絮凝与完全絮凝剂现象，实质是 微粒间的引力与斥力平衡发生变化所致。当斥力> 引力，微粒单个分散，呈反絮凝态；斥力小于引力，微粒 以簇状形式存在，呈絮凝态。而斥力、引力大小的变 化受微粒∈电位的影响，∈电位与双电层结构中扩散 层的厚度，即所负电荷密切相关。
絮凝形态学研究 内容涉及颗粒物的形状、大小、粒度分布、空间、内外 表面物性、相关的化学因素及其对颗粒物凝聚、絮凝 作用的影响。悬浮液中微粒的凝聚作用机理有电 荷中和、吸附架桥和表面吸附3种。向微粒分散体 系中投入一定量具有反离子的电解质，带有相同电 荷的微粒就会因电荷的中和作用使其扩散层受到明 显的压缩，降低∈电位使微粒相互碰撞凝聚。如果 是单纯的电荷中和作用所引起的微粒碰撞凝聚过 程，加入无机电解质，一般称混凝作用；加入适当的 合成高分子絮凝剂，使粒子沉降速度大大增加。
此凝 聚过程一般称絮凝作用。许多合成高分子絮凝剂除 有吸附架桥和表面吸附作用外，因其带有不同的极 性基团而具有明显的电荷中和的性质。微粒表面 的∈电位为“一”时，阳离子絮凝剂凝聚，∈电位为 “+”时，则阴离子絮凝剂吸附。微粒被絮凝剂凝聚 的速度取决于絮凝剂向微粒表面的扩散和微粒比表 面积的大小，其扩散速度又受絮凝剂的分子量、分子 结构、浓度、温度、离子吸附能力和pH等的影响。
市场状况：
领域
水处理
造纸
矿山
石油
其他
美国
60%
25%
11%
0
4%
西欧
45%
32%
8%
12%
3%
日本
29%
56%
0
11%
4%
中国
10%
5%
2%
80%
3%
各个国家和地区完全絮凝剂的消费结构有所不同，美国和西欧的完全絮凝剂主要用于水处理，在造纸方面的应用所占比例相对较小，而日本的完全絮凝剂则主要用于造纸工业。美国完全絮凝剂消费结构：水处理占60%，造纸占25%，矿山占11%，其他占4%；日本完全絮凝剂消费结构：水处理占29%，造纸占56%，矿山占8%，石油占11%，其他占3%；中国完全絮凝剂消费结构:水处理占10%，造纸占5%,矿山占2%，石油占80%，其他占3%。
作用：
絮凝剂在造纸领域中广泛用作驻留剂、助滤剂、均度剂、水处理净水剂等。它的作用是能够提高纸张的质量，提高浆料脱水性能，提高细小纤维及填料的留着率，减少原材料的消耗以及对环境的污染等。在造纸中使用的效果取决于其平均分子量、离子性质、离子强度及其它共聚物的活性。
类别
主要分为两大类别：铁制剂系列和铝制剂系列，当然也包括其丛生的高聚物系列。絮凝剂有不少品种。
有机絮凝剂：
聚丙烯酰胺(polyacrylamide)，常简写为PAM。分为阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，非离子聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺按分子量的大小可分为超高相对分子量聚丙烯酰胺、高相对分子量聚丙烯酰胺、中相对分子量聚丙烯酰胺和低相对分子量聚丙烯酰胺。超高相对分子量聚丙烯酰胺主要用于油田的三次采油，高相对分子量聚丙烯酰胺主要用做絮凝剂，中相对分子量聚丙烯酰胺主要用做纸张的干强剂，低相对分子量聚丙烯酰胺主要用做分散剂。
双机絮凝剂
药剂中含有经改性的植物多酚，由于它同时含有酚羟基、醇羟基、羧基等多个反应活性基团和活性部位，以及亲核中心和亲电中心，使其可以同时发生亲核、亲电等多种化学反应。在技术上较好地融合了有机和无机絮凝剂的优点和特长，攻克了传统有机和无机絮凝剂同时投放时互不相溶的弊端。
药剂应用于红霉素预处理、淀粉加工、中水回用、啤酒、菲汀、城市污水、垃圾渗沥液、酒精生产等高难度污水处理中，具有一次性投资省，工艺、操作简便，运行成本低，效果好的特点。
有机高分子絮凝剂
有机高分子絮凝剂出现于20世纪50年代，它们应用前途广阔，发展非常迅速。已用于给水净化，水/油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水等方面；还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。
种类和性质
有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型：(1)聚胺型-低分子量阳离子型电解质；(2)季铵型-分子量变化范围大，并具有较高的阳离子性；(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量较高，可以几十万到几百万、几千万，均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水。
非离子型有机高分子絮凝剂
非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
阴离子型有机高分子絮凝剂
(1)阴离子型有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物。
(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
阳离子型有机高分子絮凝剂
2.4.1季铵化的聚丙烯酰胺
季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH2经过羟甲基化和季铵化而得，可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。
(1)由聚丙烯酰胺季铵化
聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应，酰胺基部分羟甲基化，其次与仲胺反应进行烷胺基化，然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。
(2)由季铵化的丙烯酰胺聚合
在碱性条件下，先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应，然后与二甲胺反应，冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤，得季铵化丙烯酰胺单体。
聚丙烯酰胺的阳离子衍生物
这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。
两性聚丙烯酰胺聚合物
以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺，通过曼尼兹反应合成出具有羧基和胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。
丙烯酰胺接枝共聚物
因为淀粉价廉来源丰富，其本身也是高分子化合物，它具有亲水的刚性链，以这种刚性链为骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支链，这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，还具有某些更为优异的性能。
由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒，且合成用丙烯酰胺单体有毒，能麻醉人的中枢神经，应用领域受到一定限制，迫使絮凝剂向廉价实用、无毒高效的方向发展。