I. पॉलीएक्रिलामाइड क्या है?

रासायनिक रूप से पॉलीएक्रिलामाइड (पीएएम) एक जल-घुलनशील रैखिक बहुलक है जो एक्रिलामाइड (एएम) मोनोमर्स के मुक्त मूलक-आरंभिक बहुलकीकरण द्वारा निर्मित होता है, जिसका आणविक सूत्र (C₃H₅नहीं)n है। यह कमरे के तापमान पर एक कठोर कांच जैसा ठोस पदार्थ प्रतीत होता है, लेकिन व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, हम इसे अक्सर कोलाइडल तरल पदार्थ, लेटेक्स, सफेद पाउडर, पारभासी मोतियों और गुच्छों जैसे रूपों में देखते हैं।

पॉलीएक्रिलामाइड के दो महत्वपूर्ण संरचनात्मक पैरामीटर हैं: आणविक भार और आयनिक गुण। आणविक भार के आधार पर, इसे कम आणविक भार, मध्यम आणविक भार, उच्च आणविक भार और अति-उच्च आणविक भार में विभाजित किया जा सकता है। आयनिक गुण के अनुसार, यानी जलीय घोल में आयनीकरण विशेषताओं के अनुसार, इसे गैर-आयनिक, आयनिक, धनायनिक और उभयधर्मी आयनिक प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार के पॉलीएक्रिलामाइड संरचनात्मक अंतर के कारण अलग-अलग गुण प्रदर्शित करते हैं, इस प्रकार विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुकूल होते हैं।

द्वितीय. पॉलीएक्रिलामाइड की विशेषताएं

(I) अद्वितीय भौतिक गुण

घुलनशीलता: यह किसी भी अनुपात में पानी में घुल सकता है, जिससे एक समान और पारदर्शी जलीय घोल बनता है। यह गुण इसे पानी के साथ मिश्रण की आवश्यकता वाले कई परिदृश्यों में बेहद सुविधाजनक बनाता है। हालांकि, लंबे समय तक भंडारण के बाद, पॉलिमर के धीमे क्षरण के कारण घोल की चिपचिपाहट कम हो जाएगी, खासकर जब भंडारण और परिवहन की स्थिति खराब हो।

चिपचिपाहट: पॉलीएक्रिलामाइड जलीय घोल की चिपचिपाहट सांद्रता से निकटता से संबंधित है; जैसे-जैसे सांद्रता बढ़ती है, चिपचिपाहट भी उसी के अनुसार बढ़ती है। इसके अलावा, समान सांद्रता पर, उच्च आणविक भार पॉलीएक्रिलामाइड घोल की चिपचिपाहट अपेक्षाकृत अधिक होती है। इस बीच, घोल का पीएच मान भी चिपचिपाहट को प्रभावित करता है। उच्च पीएच वाले घोल में, हाइड्रोलिसिस के कारण, अणुओं में कार्बोक्सिलेट आयन उत्पन्न होते हैं, और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण आणविक श्रृंखलाएँ खिंचती हैं, जिससे घोल की चिपचिपाहट बढ़ जाती है।

फ्लोक्यूलेशन: उच्च आणविक भार पॉलीएक्रिलामाइड में उत्कृष्ट फ्लोक्यूलेशन प्रदर्शन होता है। इसकी आणविक श्रृंखलाएँ बहुत ही चतुराई से अधिशोषित कणों के बीच पुल बना सकती हैं, कई या दर्जनों कणों को एक साथ जोड़ सकती हैं, जिससे फ्लोक का तेजी से निर्माण होता है और कणों की अवसादन दर में बहुत तेजी आती है। आणविक श्रृंखलाओं पर ले जाए जाने वाले आवेश कणों पर इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण डाल सकते हैं, और अणुओं की लंबाई अच्छी अधिशोषण प्रदर्शन और हाइड्रोजन बॉन्ड के साथ बंधन स्थल प्रदान करती है। ये कारक फ्लोक्यूलेशन प्रभाव को और अधिक अनुकूलित करने के लिए एक साथ काम करते हैं।

(द्वितीय) समृद्ध रासायनिक गुण

हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया: पॉलीएक्रिलामाइड को एमाइड समूहों के हाइड्रोलिसिस के माध्यम से कार्बोक्सिल समूहों वाले बहुलक में परिवर्तित किया जा सकता है, और उत्पाद को आंशिक रूप से हाइड्रोलाइज्ड पॉलीएक्रिलामाइड कहा जाता है। अम्लीय परिस्थितियों में, हालांकि एसिड द्वारा हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया को बढ़ाया जाता है, लेकिन दर क्षारीय हाइड्रोलिसिस की तुलना में बहुत धीमी होती है और आमतौर पर उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।

हाइड्रोक्सीमेथिलेशन अभिक्रिया: यह फॉर्मेल्डिहाइड के साथ अभिक्रिया करके हाइड्रोक्सीमेथिलेटेड पॉलीएक्रिलामाइड बना सकता है। यह अभिक्रिया अम्लीय और क्षारीय दोनों स्थितियों में हो सकती है, लेकिन क्षारीय स्थितियों में अभिक्रिया दर तेज़ होती है। अम्लीय स्थितियों में, चूँकि फॉर्मेल्डिहाइड ज़्यादातर एक श्रृंखला के रूप में मौजूद होता है, इसलिए प्रभावी सांद्रता कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अभिक्रिया दर धीमी हो जाती है।

सल्फोमेथिलेशन अभिक्रिया: यह अभिक्रिया क्षारीय परिस्थितियों में की जाती है और इसमें दो फीडिंग विधियाँ होती हैं। एक यह है कि पॉलीएक्रिलामाइड क्षारीय परिस्थितियों में सोडियम बाइसल्फाइट और फॉर्मेल्डिहाइड के साथ सीधे प्रतिक्रिया करके आयनिक व्युत्पन्न - सल्फोमेथिलेटेड पॉलीएक्रिलामाइड उत्पन्न करता है; दूसरा यह है कि सोडियम बाइसल्फाइट को पहले मिथाइलेटेड पॉलीएक्रिलामाइड घोल में मिलाया जाता है, और दूसरी अभिक्रिया के बाद सल्फोमेथिलेटेड पॉलीएक्रिलामाइड प्राप्त होता है। यह अभिक्रिया पीएच मान के प्रति अत्यंत संवेदनशील होती है। जब पीएच मान 10 से कम होता है, तो 70°C पर अभिक्रिया बहुत धीमी होती है; जब पीएच मान 10 से अधिक होता है, तो अभिक्रिया की दर काफी बढ़ जाती है।

अमीनोमेथिलेशन अभिक्रिया: इसे मैनिच अभिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है, पॉलीएक्रिलामाइड, डाइमेथिलामाइन और फॉर्मेल्डिहाइड इस अभिक्रिया के माध्यम से डाइमेथिलामाइन - एन - मिथाइलप्रोपेनिल ओ-फेनिलनेडायमाइन बहुलक उत्पन्न कर सकते हैं। यह धनायनिक पॉलीएक्रिलामाइड तैयार करने की एक सामान्य विधि है, और परिणामी उत्पाद, आणविक श्रृंखला पर सक्रिय समूह साइड चेन के कारण, फ़्लोक्यूलेंट के रूप में उपयोग किए जाने पर अपशिष्ट जल की स्पष्टीकरण दर में सुधार कर सकता है।

हॉफमैन विघटन अभिक्रिया: पॉलीऐक्रेलामाइड क्षारीय परिस्थितियों में सोडियम हाइपोक्लोराइट या सोडियम हाइपोब्रोमाइट जैसे हाइपोहैलाइट्स के साथ अभिक्रिया करके धनायनिक पॉलीविनाइलमाइन उत्पन्न कर सकता है।

क्रॉसलिंकिंग अभिक्रिया: पॉलीऐक्रेलामाइड का जलीय घोल अम्लीय परिस्थितियों में गर्म करने पर अघुलनशील क्रॉसलिंक्ड पॉलीऐक्रेलामाइड जेल बना देगा। इसके अलावा, यह ग्लाइऑक्सल, यूरिया-फॉर्मेल्डिहाइड राल, मेलामाइन राल, फेनोलिक राल आदि के साथ क्रॉसलिंकिंग अभिक्रियाओं से भी गुजर सकता है। हाइड्रोलाइज्ड पॉलीऐक्रेलामाइड और एक्रिलामाइड कॉपोलीमर का जलीय घोल उच्च धातु आयनों जैसे कि एल्युमिनियम लवण, क्रोमियम लवण, ज़िरकोनियम लवण, मैंगनीज़ लवण और टाइटेनियम लवण द्वारा उत्पन्न पॉलीन्यूक्लियर हाइड्रॉक्सिल ब्रिज्ड आयनों के साथ क्रॉसलिंकिंग अभिक्रियाओं से भी गुजर सकता है और जेल बना सकता है।

तृतीय. पॉलीएक्रिलामाइड की तैयारी विधियाँ

(I) जलीय विलयन बहुलकीकरण

यह पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन के लिए सबसे पुरानी विधि है, जिसमें सुरक्षित उत्पादन और अर्थव्यवस्था के फायदे हैं, और यह पॉलीएक्रिलामाइड के लिए एक महत्वपूर्ण उत्पादन मार्ग है। आरंभक प्रणाली, माध्यम पीएच मान, योजकों के प्रकार और खुराक, विलायक और बहुलकीकरण तापमान जैसी प्रतिक्रिया स्थितियों को बदलकर, बहुलकीकरण प्रतिक्रिया विशेषताओं और उत्पाद गुणों पर प्रभाव का पता लगाया जा सकता है। हालांकि, विलायक के रूप में पानी के उपयोग के कारण, सिस्टम में अशुद्धता सामग्री कम है, जलीय घोल में मोनोमर्स का चेन ट्रांसफर स्थिरांक कम है, और प्रक्रिया की स्थितियों द्वारा सीमित है, जलीय घोल में बहुलकीकरण उत्पादों की ठोस सामग्री कम है, और इमिडाइजेशन प्रतिक्रिया जैल बनाने के लिए होने की संभावना है, जिससे उच्च सापेक्ष आणविक भार पॉलीएक्रिलामाइड प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है।

(द्वितीय) अवक्षेपण बहुलकीकरण

जब परिणामी बहुलक एसीटोन और इथेनॉल जैसे विलायकों में घुल नहीं पाता है, तो प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने पर बहुलक लगातार घोल से अवक्षेपित होता रहेगा, इसलिए इस बहुलकीकरण विधि का नाम है। इस विधि द्वारा तैयार पॉलीएक्रिलामाइड का आणविक भार अपेक्षाकृत अधिक होता है और इसकी एकरूपता भी अच्छी होती है।

(तृतीय) फैलाव बहुलकीकरण

फैलाव बहुलकीकरण एक प्रकार का मुक्त मूलक बहुलकीकरण है, जिसमें गतिज व्यवहार थोक बहुलकीकरण के समान है, और इसे एक विशेष प्रकार के अवक्षेपण बहुलकीकरण के रूप में माना जा सकता है। इसका सिद्धांत एक निश्चित सांद्रता का जलीय घोल बनाने के लिए पानी में मोनोमर्स को फैलाना है, और फिर बहुलकीकरण के लिए एक आरंभक जोड़ना है। बहुलकीकरण प्रक्रिया के दौरान, प्रीपोलिमराइज्ड मोनोमर्स और आरंभक एक सजातीय प्रणाली बनाने के लिए प्रतिक्रिया माध्यम में घुल जाते हैं; उत्पन्न बहुलक अवक्षेपित हो जाता है क्योंकि यह प्रतिक्रिया माध्यम में आसानी से घुलनशील नहीं होता है, और अवक्षेपित बहुलक एक दूसरे के साथ एकत्रित होते हैं, और एक स्टेबलाइज़र की कार्रवाई के तहत, प्रतिक्रिया समाधान में बारीक कणों के रूप में स्थिर रूप से निलंबित हो जाते हैं, जिससे एक विषम फैलाव बनता है। इस फैलाव बहुलकीकरण प्रणाली में उच्च ठोस सामग्री, कम चिपचिपापन और अच्छी कतरनी स्थिरता होती है।

चतुर्थ. पॉलीएक्रिलामाइड के अनुप्रयोग क्षेत्र

(I) जल उपचार क्षेत्र

कच्चे जल उपचार: कच्चे जल उपचार की प्रक्रिया में, पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग सक्रिय कार्बन और अन्य पदार्थों के साथ मिलकर घरेलू पानी में निलंबित कणों को जमाने और स्पष्ट करने के लिए किया जाता है। अकार्बनिक फ्लोकुलेंट्स की तुलना में, कार्बनिक फ्लोकुलेंट पॉलीएक्रिलामाइड के उपयोग से अवसादन टैंक को संशोधित किए बिना भी जल शोधन क्षमता में 20% से अधिक सुधार हो सकता है।

अपशिष्ट जल उपचार: पॉलीएक्रिलामाइड अपशिष्ट जल उपचार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह न केवल जल पुनर्चक्रण की पुन: उपयोग दर को बढ़ा सकता है, बल्कि कीचड़ निर्जलीकरण एजेंट के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। इसके अलावा, जब अकार्बनिक फ्लोकुलेंट्स के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो यह पानी की गुणवत्ता में काफी सुधार कर सकता है और फ्लोकुलेंट्स की खुराक को कम कर सकता है। साथ ही, पॉलीएक्रिलामाइड द्वारा बनाए गए फ्लोक में उच्च शक्ति और अच्छा अवसादन प्रदर्शन होता है, जो प्रभावी रूप से ठोस-तरल पृथक्करण गति में सुधार कर सकता है और कीचड़ निर्जलीकरण की सुविधा प्रदान कर सकता है।

औद्योगिक जल उपचार: औद्योगिक जल उपचार में, पॉलीएक्रिलामाइड एक महत्वपूर्ण सूत्र एजेंट है। इसका उपयोग अकार्बनिक फ्लोकुलेंट्स की खुराक को बहुत कम कर सकता है, उपकरणों की सतह पर अकार्बनिक पदार्थों के जमाव से बच सकता है, जिससे उपकरणों के क्षरण और स्केलिंग को धीमा किया जा सकता है। यह बताया गया है कि पॉलीएक्रिलामाइड के वैश्विक कुल उत्पादन का 37% अपशिष्ट जल उपचार के लिए उपयोग किया जाता है, और जल उपचार के क्षेत्र में इसका महत्व स्वयं स्पष्ट है।

(द्वितीय) तेल निष्कर्षण क्षेत्र

पॉलीएक्रिलामाइड एक बहुमुखी तेल क्षेत्र रासायनिक उपचार एजेंट है, जिसका व्यापक रूप से ड्रिलिंग, कुआं सीमेंटिंग, पूरा होने, वर्कओवर, फ्रैक्चरिंग, एसिडाइजिंग, जल इंजेक्शन, जल प्लगिंग और प्रोफ़ाइल नियंत्रण, और तृतीयक तेल वसूली जैसे तेल निष्कर्षण के कई कार्यों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से ड्रिलिंग, जल प्लगिंग और प्रोफ़ाइल नियंत्रण, और तृतीयक तेल वसूली में। इसके जलीय घोल में उच्च चिपचिपापन और उत्कृष्ट गाढ़ापन, फ्लोक्यूलेशन और रियोलॉजिकल समायोजन प्रभाव होते हैं। तेल निष्कर्षण के मध्य और बाद के चरणों में, तेल वसूली में सुधार करने के लिए, चीन मुख्य रूप से पॉलिमर बाढ़ और एएसपी (क्षारीय-सर्फैक्टेंट-पॉलिमर) बाढ़ प्रौद्योगिकियों को बढ़ावा देता है। पॉलीएक्रिलामाइड जलीय घोल को इंजेक्ट करके, तेल-पानी प्रवाह दर अनुपात में सुधार किया जा सकता है, और उत्पादित द्रव में कच्चे तेल की मात्रा को बढ़ाया जा सकता है। तृतीयक तेल वसूली में पॉलीएक्रिलामाइड को जोड़ने से तेल विस्थापन क्षमता में वृद्धि हो सकती है, तेल परत की सफलता को रोका जा सकता है, और इस प्रकार तेल भंडार की वसूली दर में सुधार हो सकता है। चीन का पेट्रोलियम उद्योग पॉलीएक्रिलामाइड का सबसे बड़ा उपयोगकर्ता है।

(तृतीय) कागज निर्माण क्षेत्र

पेपरमेकिंग क्षेत्र में, पॉलीएक्रिलामाइड का व्यापक रूप से अवधारण सहायता, जल निकासी सहायता और एकरूपता एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है। यह कागज की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है, लुगदी के निर्जलीकरण प्रदर्शन को बढ़ा सकता है, महीन रेशों और भरावों की अवधारण दर को बढ़ा सकता है और कच्चे माल की खपत और पर्यावरण प्रदूषण को कम कर सकता है। एक फैलाव के रूप में, यह कागज की एकरूपता में भी सुधार कर सकता है। विशेष रूप से, पेपरमेकिंग उद्योग में पॉलीएक्रिलामाइड का अनुप्रयोग मुख्य रूप से दो पहलुओं में परिलक्षित होता है: एक है भराव, रंगद्रव्य आदि की अवधारण दर में सुधार करना, कच्चे माल की हानि और पर्यावरण प्रदूषण को कम करना; दूसरा है कागज की ताकत को बढ़ाना, जिसमें सूखी ताकत और गीली ताकत शामिल है। साथ ही, पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग कागज के आंसू प्रतिरोध और छिद्रण में भी सुधार कर सकता है, कागज के दृश्य और मुद्रण प्रदर्शन को बढ़ा सकता है, और इसका उपयोग खाद्य और चाय पैकेजिंग पेपर में भी किया जाता है।

(चतुर्थ) अन्य क्षेत्र

कपड़ा उद्योग: पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग कपड़ा आकार निर्धारण एजेंट के रूप में किया जा सकता है, स्थिर आकार प्रदर्शन, कम आकार का नुकसान, जो प्रभावी रूप से कपड़ों की टूटने की दर को कम कर सकता है और कपड़े की सतह को चिकना बना सकता है।

चिकित्सा सामग्री: पॉलीएक्रिलामाइड जेल का उपयोग गैर-प्रोथ्रोम्बिन ग्रैनुलेटिंग एजेंट, सर्जिकल आपूर्ति, कॉन्टैक्ट लेंस के लिए कच्चे माल, माइक्रोकैप्सूल के लिए बाहरी कोटिंग सामग्री आदि के निर्माण के लिए किया जा सकता है, और इसे उच्च गुणवत्ता वाले हेमोस्टैटिक प्लग, महिलाओं के सैनिटरी नैपकिन और बेबी डायपर में भी बनाया जा सकता है। उचित कण आकार वाले पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग पृथक्करण, विलवणीकरण, प्रोटीन और अन्य पदार्थों की सांद्रता के लिए क्रोमैटोग्राफिक पैकिंग के रूप में किया जा सकता है।

खाद्य उद्योग: गन्ना चीनी और चुकंदर चीनी के उत्पादन में, पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग रस स्पष्टीकरण और सिरप प्लवन निष्कर्षण के लिए किया जा सकता है। इसका उपयोग एंजाइम तैयारी किण्वन शोरबा के फ्लोक्यूलेशन और स्पष्टीकरण और फ़ीड प्रोटीन की वसूली में भी किया जाता है, और पुनर्प्राप्त प्रोटीन पाउडर का मुर्गियों की जीवित रहने की दर, वजन बढ़ाने और अंडे के उत्पादन पर कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता है।

निर्माण उद्योग: पॉलीएक्रिलामाइड सिविल ग्राउटिंग सामग्रियों में जल अवरोधन, भवन निर्माण सामग्री उद्योग में सीमेंट की गुणवत्ता में सुधार, निर्माण चिपकने वाले पदार्थ, जोड़ों की मरम्मत और जल अवरोधन एजेंटों में भूमिका निभा सकता है।

मृदा सुधार: पॉलीएक्रिलामाइड हवा के कटाव और पानी के कटाव का विरोध करने के लिए मिट्टी की क्षमता में सुधार कर सकता है, और मिट्टी सुधार में इसका कुछ अनुप्रयोग मूल्य है। इसके अलावा, इसका उपयोग बेबी डायपर में पानी को अवशोषित करने वाली सामग्री में भी किया जाता है।