合成原理共聚反應：聚丙烯酰胺（PAM）與含有羧基的單體進(jìn)行共聚是一種常見(jiàn)的合成方法。例如，和丙烯酸（AA）共聚，在聚合反應過(guò)程中，引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，引發(fā) PAM 分子鏈上的活性位點(diǎn)和丙烯酸分子中的雙鍵打開(kāi)。丙烯酸分子中的雙鍵（C = C）在自由基的作用下發(fā)生加成聚合反應，與 PAM 分子鏈連接在一起，從而將羧基引入到聚合物體系中。從化學(xué)結構角度看，新生成的共聚物分子鏈既有 PAM 的酰胺基（-CONH?）結構，又有來(lái)自丙烯酸的羧基（-COOH）結構。

水解反應：另一種方式是通過(guò) PAM 自身的水解來(lái)引入羧基。在堿性條件下，PAM 分子鏈上的酰胺基會(huì )發(fā)生水解反應。以氫氧化鈉（NaOH）為例，OH?離子攻擊酰胺基，使酰胺基轉化為羧基和氨基（-NH?）。這個(gè)過(guò)程使 PAM 分子鏈的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，親水性增強，因為羧基是強親水性基團。

反應條件及影響因素共聚反應條件：引發(fā)劑類(lèi)型和用量：在共聚反應中，常用的引發(fā)劑有過(guò)硫酸銨（APS）等。引發(fā)劑的用量對反應速度和產(chǎn)物性能有重要影響。一般引發(fā)劑用量增加，反應速度加快，但過(guò)多的引發(fā)劑會(huì )導致聚合反應過(guò)于劇烈，產(chǎn)生的聚合物分子量分布變寬，性能不均勻。例如，過(guò)硫酸銨的用量在單體總質(zhì)量的 0.1% - 1% 之間。

反應溫度和時(shí)間：溫度對共聚反應也至關(guān)重要。合適的溫度范圍一般在 40 - 80℃之間。在這個(gè)溫度區間內，隨著(zhù)溫度升高，反應速度加快。但溫度過(guò)高會(huì )引起副反應，如單體的揮發(fā)或者聚合物的降解。反應時(shí)間根據具體的反應條件和所需的聚合度而定，一般在 2 - 8 小時(shí)之間。

單體比例：對于 PAM 和丙烯酸共聚，單體的比例會(huì )影響產(chǎn)物中羧基的含量。例如，當丙烯酸的比例增加時(shí)，產(chǎn)物中羧基的含量相應增加，共聚物的親水性、電荷密度等性質(zhì)也會(huì )隨之改變。

水解反應條件：堿的種類(lèi)和濃度：在水解反應中，堿的種類(lèi)和濃度決定了水解反應的速度和程度。除了氫氧化鈉，氫氧化鉀（KOH）也可用于水解反應。堿的濃度越高，水解速度越快。但過(guò)高的堿濃度會(huì )導致過(guò)度水解，使 PAM 分子鏈斷裂，影響產(chǎn)物的性能。例如，使用氫氧化鈉時(shí)，其濃度一般在 0.1 - 1mol/L 之間。

溫度和時(shí)間：水解反應的溫度在 30 - 60℃之間。溫度升高有利于水解反應的進(jìn)行，但同樣要避免溫度過(guò)高導致分子鏈降解。反應時(shí)間根據堿的濃度和所需的水解程度而定，從幾小時(shí)到數十小時(shí)不等。

產(chǎn)物性能及應用產(chǎn)物性能：溶解性：通過(guò)加羧基合成后的聚丙烯酰胺產(chǎn)物溶解性得到改善。由于羧基的親水性，產(chǎn)物在水中的溶解速度加快，在更廣泛的 pH 范圍內都能表現出良好的溶解性。

電荷性質(zhì)：羧基的引入改變了聚合物的電荷性質(zhì)。產(chǎn)物會(huì )帶有更多的負電荷，這使得它在處理帶正電荷的污染物（如金屬離子等）時(shí)具有更好的吸附和絮凝效果。

應用場(chǎng)景：水處理領(lǐng)域：在污水處理中，含有羧基的聚丙烯酰胺可用于去除水中的重金屬離子和膠體。例如，對于電鍍廢水，其中含有大量的重金屬離子如銅離子（Cu2?）、鎳離子（Ni2?），產(chǎn)物可以通過(guò)羧基與金屬離子的絡(luò )合作用將其去除。同時(shí)，在飲用水處理中，它也可以作為助凝劑，提高水質(zhì)的澄清度。

造紙工業(yè)：在造紙過(guò)程中，這種改性的聚丙烯酰胺可以作為紙張增強劑和助留劑。羧基能夠與紙張纖維上的羥基（-OH）形成氫鍵，增強紙張的強度。并且，它可以幫助保留紙張纖維和填料，提高造紙的質(zhì)量和效率。