Processi produttivi e classificazione della poliacrilammide (PAM)
I. Polimerizzazione in soluzione acquosa
Vantaggi: basso costo, attrezzatura semplice, elevata sicurezza e capacità di raggiungere pesi molecolari molto elevati; adatto per la produzione su larga scala di polvere secca in sacchi da 25 kg.
1. Preparazione e purificazione degli ingredienti: l'acqua deionizzata viene miscelata con acrilammide (AM) purificata. Per il PAM anionico viene aggiunto acido acrilico (AA); per il PAM cationico vengono aggiunti monomeri cationici come DMC o DAC. Il pH viene regolato e viene introdotto gas azoto per rimuovere l'ossigeno (poiché l'ossigeno inibisce la polimerizzazione).
2. Iniziazione e polimerizzazione: viene aggiunto un sistema di iniziazione redox (più comunemente persolfato di ammonio combinato con bisolfito di sodio, spesso integrato con un azo iniziatore). La temperatura viene mantenuta tra 20 e 50 gradi e la polimerizzazione adiabatica procede per 2-6 ore, ottenendo un blocco di gel solido ed elastico.
- PAM non ionico: prodotto tramite l'omopolimerizzazione dell'AM.
- PAM anionico (APAM) – Due metodi:
① Omopolimerizzazione seguita da idrolisi (l'approccio tradizionale): viene prima prodotto un blocco di gel non ionico, quindi idrolizzato mediante riscaldamento con NaOH per introdurre gruppi carbossilici. Il grado di idrolisi può essere regolato e questo metodo produce pesi molecolari più elevati (comunemente utilizzato per APAM ad alto peso molecolare nelle applicazioni petrolifere).
② Copolimerizzazione-idrolisi: AM e acido acrilico vengono polimerizzati insieme; questo processo è più semplice, anche se il peso molecolare risultante è leggermente inferiore.
- PAM cationico (CPAM): Prodotto dalla copolimerizzazione diretta di AM e monomeri cationici. Questo tipo non può subire idrolisi alcalina forte; il grado ionico è controllato dal rapporto dei monomeri e il costo di produzione è più elevato.
3. Granulazione: il blocco di gel viene tagliato o triturato in particelle di gel più piccole.
4. Asciugatura ad aria calda: le particelle vengono essiccate a 80–120 gradi fino a un contenuto di umidità di<10%. The temperature must be carefully controlled; excessive heat can cause molecular weight degradation or cross-linking, rendering the polymer insoluble.
5. Polverizzazione e setacciatura: il materiale viene macinato in polvere e setacciato (tipicamente 80–120 mesh).
6. Test di qualità (peso molecolare, grado ionico, velocità di dissoluzione, contenuto residuo di acrilammide) e imballaggio.
II. Polimerizzazione in emulsione inversa (emulsione PAM, prodotto liquido)
Sistema acqua in olio (W/O): una soluzione acquosa di AM funge da fase dispersa, mentre il cherosene o un idrocarburo simile funge da fase continua. L'olio bianco funge da fase oleosa continua; viene aggiunto un emulsionante per disperdere la sostanza in microgoccioline, che vengono poi polimerizzate.
III. Polimerizzazione in sospensione in fase inversa
Le goccioline di monomero vengono sospese e polimerizzate all'interno di un solvente organico, producendo poliacrilammide (PAM) direttamente sotto forma di perle (particelle simili a perle).
IV. Polimerizzazione in dispersione (un metodo più recente)
Un processo di dispersione a base acquosa che evita l'utilizzo di grandi quantità di solventi organici. Il prodotto risultante è una dispersione acquosa; si dissolve rapidamente e viene utilizzato principalmente nella produzione di carta di fascia alta e come additivo per rivestimenti. La capacità di produzione è relativamente limitata.
Quattro tipi principali
APAM (PAM anionico)
Adatto per acque reflue contenenti solidi sospesi inorganici, come quelle provenienti dal lavaggio del carbone, dalla lavorazione dei minerali, da impianti di sabbia e ghiaia, impianti di galvanica, acciaierie e trattamento dell'acqua (chiarificazione). È più efficace in condizioni di pH alcalino ed è l'opzione più conveniente.
2. CPAM (PAM cationico)
Utilizzato principalmente per la disidratazione dei fanghi (compresi i fanghi provenienti dalle acque reflue municipali, dai macelli, dalla lavorazione degli alimenti e dalla fabbricazione della carta) e per il trattamento delle acque reflue ricche di sostanze organiche. È classificato in base al suo grado ionico (che varia da 10 a 60) ed è il tipo più costoso.
3. NPAM (PAM non ionico)
Utilizzato per sistemi di acqua acida, controllo del profilo nei pozzi petroliferi, ritenzione dell'umidità del suolo e dimensionamento dei tessuti.
4. PAM anfotero
Utilizzato per acque reflue complesse caratterizzate da significative fluttuazioni nella qualità dell'acqua; questo tipo è impiegato meno frequentemente.
