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超高分子量聚丙烯酰胺的合成

发布日期:2015-04-12 17:27:24
  聚丙烯酰胺(PAM堤一种线性水溶性高分子聚合物,在工业应用中占有最重要的地位,广泛应用 于钻井、采油、堵水、调剖、酸化、压裂、水处理等领域.随着我国大部分油田进入高含水开发期,聚丙烯酰胺作为三次采油的驱油主剂,被用来稳定和提高原油产量.PAM分子质量越高,表观粘度越大,水溶性 好,驱油效果越好111.怎样制得超高分子量的PAM是油田科研工作面临的研究课题.
  
  PAM生产方法有均聚法和共聚法丙烯酸钠.均聚法生产周期长且放出大量氨而腐蚀设备和污染环境,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:共聚 法则可克服上述缺点,因而日益引起人们的重视.本文采用丙烯酰胺与丙烯酸钠为原料,在新型氧化还 原体系引发下,优化共聚合工艺条件,制备超高分子量聚丙烯酰胺.
  
  实验部分(1)试剂与仪器原料:丙烯酰胺(AM工业级,大庆石油化工总厂提供)丙烯酸(AA化学纯,北京益利精细化学品 有限公司)氢氧化钠(分析纯,北京化工厂)去离子水.
  
  仪器:PH-J0埋p计;乌氏粘度计;F1104型电子天平.
  
  (2)丙烯酰胺一丙烯酸钠共聚合反应按一定比例准确称取丙烯酰胺、丙烯酸,用去离子水配制溶液.用30% NaH溶液调节1H值后倒 入反应器中.将反应器放入恒温水浴中恒温起始温度)并通氮气30 mn 加入引发剂引发聚合,30°C恒温2 1后取出,切割造粒,干燥得PAM产品.
  
  (3)PAM产品性能检测PAM产品固含量、分子量、溶解性、过滤比等主要性能按GB12005. 1 - 89、GB12005. 3 - 89、 GB12005. 6-89大庆石油管理局企业标准检测.
  
  2结果与讨论(1)单体质量分数的影响在配比n(AANa)/ n(AM) = 1/3 1H为9. 5温度为30°Q氧化剂和还原剂浓度分别为100 mg/L 和200mg/L条件下,不同单体质量分数对聚丙烯酰胺分子量的影响如图1所示.随单体质量分数的増 加,PAM分子量也随之増加.这是因为聚合动力学的链长与单体浓度成正比|21,即PAM分子量随单体 质量分数増高而増高,但单体质量分数过高能够形成交联不溶物,会使PAM溶解性降低,因此合成时应 选择单体质量分数低于45%较合适.
  
  聚合过程中,溶液的1H值可影响聚合物的结构和性质.在单体丙烯酰胺质量分数为45%,配比n (AANa / n(AM) = 1/3温度为30°Q氧化剂和还原剂浓度分别为100 mg/1和200 mg/L条件下,调节 介质1H对聚丙烯酰胺分子量的影响见图2 PAM分子量总体上随值的増加而降低|3,但在1H值较 低时(<10)由于形成支链或交联型产物而使溶解性变差|4,因此1H值应控制在10左右.
  
  (3)引发剂浓度的影响单体丙烯酰胺质量分数为45%,配比n( AANa) / n(AM) = 1/3 1H为9. 5温度为30°Q改变氧化 剂和还原剂浓度,对聚丙烯酰胺分子量的影响分别如图3图4所示.
  
  氧化剂用量对聚丙烯酰胺分子量的影响图4还原剂用量对聚丙烯酰胺分子量的影响由基聚合反应规律,聚合反应动力学链长与引发速率的平方根成反比[2],引发剂浓度降低,图3根据自聚合物分子质量增大.但引发剂浓度过低,聚合物反应产物生成量少,相对分子质量低.所以在合成过程 中氧化剂浓度控制在20 ~ 180 mg/L还原剂浓度在120 ~280 mg/1范围内比较适合.
  
  (4禅体配比的影响采用单体丙烯酰胺质量分数为45%,P为9. 5温度 为30°Q氧化剂浓度和还原剂浓度分别为10〇mg/L和 20〇mg/L改变AANa和AM的配比,对聚丙烯酰胺分子量 的影响见图5聚丙烯酰胺分子量随丙烯酰胺单体含量增加而增加,考虑驱油用PAM的水解度要求,一般应使聚丙烯酰胺 (PAM)的浓度为25% ~30%[5—6],因而在实验中丙烯酸钠 与丙烯酰胺单体配比1 :3较为合适.
  
  3正交设计实验图5单体配比对聚丙烯酰胺分子量的影响表1正交实验因素水平表因 素水平H值八氧化剂浓度B/(mg^ L-1 )还原剂浓度〇(mg。L-,)单体浓度D/%19 520180302106020035310 51002204041114024045在温度为 30°q n(AANa)/n(AM) = 1/3条 件下,单体质量分数、FH值、氧化剂浓度、还原剂 浓度等因素对PAM分子质量都有较大影响,在单 因素考察的基础上,采用四因素四水平L16(44)
  
  正交设计实验来优化确定主要影响因素,优化实 验条件,各因素的安排及其相应水平见表1,实验 方案及结果见表2正交设计实验结果表明:影响因素依次是单 体质量分数、P值、引发剂用量.由各因素的均值 大小可得聚合反应的最佳条件是ABCD.即为9. 5单体浓度为45%,单体配比是氧化剂用量100 mg/L还原剂用量200 mg/L 在最佳工艺条件下制得PAM分子质量为2 2X107,固含量89. 0%,水解度25 7%,过滤比1. 32表2 L6(44)正交实验表和实验结果序号A因B素CD分子量 (X 104)序号A因B素CD分子量 (X 104)
  
  111111 3611234211 380212221 7741341421 340313332 1101442311 458414442 1771543242055521232 0581644131 754622142 163总17 4226 8457 0365 764723411 565总27 2117 2207 2676 297824321 425总37 0797 4887 0797 777931342 086总46 6076 7366 9378 4811032431 855R203. 7518882.5679.254结语(1)以AM与AANa为原料制备聚丙烯酰胺,通过正交设计实验得到影响PAM分子质量的主要因 素依次是:单体总浓度、值、氧化剂用量、还原剂用量.
  
  (2) 实验在引发温度30°C、丙烯酸钠与丙烯酰胺单体配比1 3条件下,单体质量分数45%、值 9. 5氧化剂用量100 mg/L还原剂用量200 mg/L寸、制得了超高分子量为2 2X 107的聚丙烯酰胺,其 它指标均达到驱油剂的要求.
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