ポリアクリルアミドの製造は、次の 2 つの主要なステップで構成されます。
モノマー製造技術：アクリルアミドモノマーの製造では、アクリロニトリルを原料として使用します。触媒の作用下で、アクリロニトリルは水和を受けて粗アクリルアミド生成物が得られます。フラッシュ蒸発と精製の後、精製されたアクリルアミドモノマーが得られます。このモノマーは、ポリアクリルアミド製造の主原料として機能します。
アクリロニトリル + (水/触媒) → 水和 → 粗アクリルアミド → フラッシュ蒸発 → 精製 → 精製アクリルアミド。
触媒の歴史的進化に基づいて、モノマー製造技術は 3 つの異なる世代を経て進歩してきました。
第 1 世代では、硫酸-触媒による水和技術が採用されていました。この方法の欠点には、アクリロニトリル変換率が低いこと、アクリルアミド生成物の収率が低いこと、および多数の副生成物が生成することが含まれており、その後の精製プロセスに大きな負担をかけていました。さらに、硫酸触媒は腐食性が強いため、設備費が高額となり、全体の製造コストが上昇してしまうという問題があった。第 2 世代では、二元または三元骨格銅触媒が使用されました。この技術の欠点は、重合プロセスを妨げる銅イオン-が最終製品に導入されるため、下流の精製と後処理に関連するコストが増加することでした-。第 3 世代では微生物ニトリルヒドラターゼ触媒技術を採用しています。この技術は穏やかな反応条件下、-特に周囲温度および大気圧-) で動作し、高い選択性、高収率、高い触媒活性を特徴としています。アクリロニトリルの変換率は 100% に達する可能性があり、副生成物や不純物を生成することなく完全な反応を保証します。-得られるアクリルアミド製品には銅イオンは含まれません。したがって、製造中に生成される銅イオンを除去するためのイオン交換手順が不要となり、プロセス全体のフローが大幅に簡素化されます。さらに、ガスクロマトグラフィー分析により、アクリルアミド生成物には実質的に残留遊離アクリロニトリルが含まれていないことが示され、高純度であることが実証されました。このため、超高分子量ポリアクリルアミドや、食品業界で必要とされる非毒性ポリアクリルアミドの製造に特に適しています。-
微生物触媒によるアクリルアミド モノマーの製造技術に関しては、日本が 1985 年に初めて商業施設-、具体的には年間 6,000- トン-（t/a）のプラント--）を設立しました。その後、ロシアもこの技術を習得しました。 1990 年代、日本とロシアは微生物触媒によるアクリルアミドの製造のため、1 万{10}トン{{11}トン-クラスの大規模施設を相次いで稼働させました。-わが国は日本、ロシアに次いで世界で3番目にこの技術を保有しています。微生物触媒の活性は2,857国際生化学単位に達し、世界基準に達したレベルです。我が国の微生物触媒によるアクリルアミドモノマー生産技術は、上海農薬研究所によって、「第7次」、「第8次」、「第9次」計画という3つの連続する5か年計画の間に開発され、完成された。-}微生物触媒-ニトリルヒドラターゼ-は 1990 年に初めてスクリーニングされました。それは、泰山の麓の土壌から分離された163菌株と無錫の土壌から分離された145菌株を利用して、種子培養によって得られたニトリルヒドラターゼに由来しました。この触媒はコード「Nocardia-163」で指定されました。この技術はその後、如皋（江蘇省）、南昌（江西省）、勝利油田、万泉（河北省）で商業運転に成功しました。得られる製品は優れた品質であり、超高相対分子量ポリアクリルアミドの製造に必要な特定の品質基準を満たしています。この成果は、我が国の微生物触媒によるアクリルアミド製造技術が国際的に高度なレベルに達したことを意味する。
重合技術: ポリアクリルアミドの製造では、原料としてアクリルアミドモノマーの水溶液が利用されます。開始剤の作用下で、重合反応が起こります。反応が完了すると、得られたポリアクリルアミド ゲル ブロックは、切断、造粒、乾燥、粉砕という一連の処理ステップ-を経て、最終的なポリアクリルアミド製品が得られます。-このプロセスにおける重要なステップは重合反応そのものです。その後の加工段階では、ポリアクリルアミドが意図した相対分子量と水溶性を確実に保持できるように、機械的劣化、熱劣化、架橋の防止に特に注意を払う必要があります。
アクリルアミド＋水（開始剤・重合）→ポリアクリルアミドゲルブロック→造粒→乾燥→粉砕→ポリアクリルアミド製品
我が国のポリアクリルアミド製造技術は、一般的に 3 つの異なる段階を経て進化してきました。
最初の段階では、「パン重合」が最も早く採用されました。この方法では、十分に混合した重合反応溶液をステンレス製のトレイに注ぎます。次に、これらのトレイを温度制御された乾燥オーブンに押し込みました。-数時間重合させた後、トレイをオーブンから取り出しました。ポリアクリルアミドゲルは、ギロチンカッターを使用して細片に切断され、造粒のために肉挽き機に供給され、オーブンで乾燥され、最後に粉砕されて最終製品が製造されました。このプロセス全体は、伝統的な手作業のワークショップのスタイルで行われました。第 2 段階ではニーダーを使用します。事前に混合した重合反応溶液 - をニーダーに入れて加熱します。重合が始まるとニーダーが作動し、混練と重合が同時に進行します。重合が完了するまでに、造粒もほぼ完了します。排出された材料は乾燥され、粉砕されて最終製品が得られます。
第 3 段階は、円錐反応器重合プロセスの開発により 1980 年代後半に登場しました。この技術は、江蘇省の江都化学工場にある原子力産業部第五研究所によって試験的に成功した。このプロセスは、円錐形リアクターの底部に配置された回転造粒ブレードを特徴としています。ポリマーが押し出されると同時に顆粒が形成されます。その後、材料は回転ドラム乾燥機を使用して乾燥され、粉砕されて最終製品が生成されます。
ポリアクリルアミドゲルブロックが重合反応器の内壁に付着するのを防ぐために、反応器の内部にフッ素-またはシリコン-ベースのポリマー化合物で作られたコーティングを使用する技術もあります。しかし、これらのコーティングは製造工程中に剥がれやすく、それによってポリアクリルアミド製品が汚染されます。
回転可能な円錐形リアクターを利用する設計もあります。重合反応が完了すると、反応器を反転してポリアクリルアミドゲルブロックを排出します。さらに、造粒方法（機械造粒、切断造粒、湿式造粒-、つまり分散媒内での造粒など）、乾燥方法（流通回転乾燥や振動流動層乾燥など）、粉砕技術に関してもバリエーションが存在します。-これらの違いの一部は装置の品質の違いに由来しますが、その他は採用される特定の操作アプローチの違いを反映しています。大まかに言えば、重合技術の一般的な傾向は、振動流動層乾燥技術と組み合わせた固定円錐型反応器の使用に移行しています。
前述の単位操作に加えて、ポリアクリルアミド製造技術はプロセスの配合に大きなばらつきを示します。特に開始ステップに関しては、「前-アルカリ共加水分解」プロセスと「後-アルカリ後-加水分解」プロセスが区別されます。各方法には独自の長所と短所があります。前アルカリ共加水分解プロセスは手順的には簡単ですが、加水分解中の熱伝達に関連する課題、特に架橋が発生する傾向と相対分子量の大幅な損失が発生します。-逆に、アルカリ後加水分解プロセスにはより複雑な手順が含まれますが、均一な加水分解が保証され、架橋のリスクが最小限に抑えられ、生成物の相対分子量の損失は無視できます。-
私の国では、ポリアクリルアミドの重合に使用される開始剤は一般に、無機開始剤、有機開始剤、混合無機有機系の 3 つのカテゴリに分類されます。- (1) 過酸化物
過酸化物は、無機過酸化物と有機過酸化物に大別されます。無機過酸化物には、ペルオキシ二硫酸カリウム、ペルオキシ二硫酸アンモニウム、過臭素酸ナトリウム、および過酸化水素が含まれる。有機過酸化物には、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、tert-ブチルヒドロペルオキシドなどがあります。これらの過酸化物と通常組み合わせられる還元剤には、硫酸第一鉄、塩化第一鉄、メタ重亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどがあります。
(2) アゾ化合物
例としては、アゾビスイソブチロニトリル (AIBN)、アゾビス(ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(シアノ吉草酸ナトリウム)、およびアゾ-N-置換アミジノプロパン塩酸塩など、1980 年代に開発された一連のアゾアミジン塩-が挙げられます。これらは、熾烈な競争開発の対象となっているクラスの製品です。これらは通常、10,000 あたり 0.005 ～ 1 部の範囲の濃度で添加されます。これらは高い触媒効率を示し、相対分子量の高いポリマーの生成を促進し、水溶性であるため使用が便利です。-
逆懸濁重合: ポリアクリルアミドは、工業的に最も重要な有機高分子凝集剤の 1 つです。工業的には、ポリアクリルアミドは通常、水溶液法または逆相懸濁重合法のいずれかを使用して製造されます。次のセクションでは、逆懸濁重合によるポリアクリルアミドの製造プロセスの概要を説明します。
逆懸濁重合は、現在最も広く利用されており、技術的に成熟したポリアクリルアミド (PAM) ミクロスフェアの製造方法です。このプロセスには、激しい撹拌を使用してモノマー (またはモノマーの混合物) を連続媒体 (通常は有機溶媒) 内に分散させ、微細な液滴を形成することが含まれます。続いて、モノマー、開始剤、有機溶媒、分散安定剤の間で重合が開始されます。重合反応が完了すると、生成物は共沸脱水、分離、乾燥されて粒子状生成物が得られる。逆懸濁重合によって得られる製品は、通常、固形分が 90% を超え、重合転化率が 95% を超え、残留モノマー含有量が 0.5% 未満です。製品の粒子サイズは 10 ～ 500 マイクロメートルの範囲にあり、優れた水溶性を示します。
この方法は、プロセスが簡単で、操作制御が容易で、重合熱の除去が容易で、ポリマーの分離、洗浄、乾燥が容易であるため、工業規模での実装に非常に適しています。{0}さらに、得られる製品は、その純度、均一性、安定性が特徴です。しかし、逆相懸濁重合は工業生産においていくつかの課題に直面しています。中でも最も重要なのは、撹拌速度に対する感度が高く、粒子の合体やゲルの形成を頻繁に引き起こすことです。さらに、共沸蒸留中は系が不安定になる傾向があり、脱水時間が長くなるという特徴があります。さらに、製品の粒度分布が広いこと、有機溶媒の多用、製造作業に関する安全性への懸念、重合コストが高すぎることなどの要因により、国内ではポリアクリルアミドの製造に逆相懸濁重合法がほとんど利用されていません。
