新型氧化还原引发体系合成超高分子量聚丙烯酰胺的研究

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l前言聚丙烯酰胺是油田广泛应用的线型水溶性聚合物，水溶性聚合物中应用最为广泛的品种之是一

的超高分子量聚丙烯酰胺。

2实验部分2 1实验仪器 . p H—KI0 9 B型 p计；氏粘度计； B0 H乌 L S 1—2 型超级恒温器；Al0 F l4型电子天平；球 B型烘干环器； L微量进样器；射器；怀；璃管。 l注烧玻 22实验试剂和原料 . 5%丙烯酰胺水溶液，庆油田化工总厂； 0大丙

,

它具有多种宝贵的性能，絮凝性、粘性、如增增

稠性、面活性、失水性、摩阻等特性，表降降因此在油田钻井、采油、水、剖、化、裂、处理等堵调酸压水

方面得到广泛的应用。作为驱油主剂的聚丙烯酰胺其主要功能是提高驱替液的粘度。而聚丙烯酰胺分子量越高，表观粘度也越高。因此如何制其得高分子量特别是超高分子量聚丙烯酰胺是油田科研工作者面临的难题。 聚丙烯酰胺的合成方法主要有均聚后水解法和共聚法，目前工业上普遍采用的是均聚后水解

烯酸，化学纯，京益利精细化学品有限公司，北经减压蒸馏一重结晶方法提纯；氧化钠，级纯，氢优 北京化工厂；酸钠，级纯，京化工厂；化剂甲优北氧B还原剂 J M; H。

23实验步骤 .配制反应溶液：据不同的实验目的，确称根准取定量的去离子水、 a H、烯酸、烯酰胺溶液 N0丙丙

工艺，它不仅多一道水解工序，而且在生产过程中会放出大量的氨而腐蚀设备和污染环境…,聚共法无后水解工序，生产周期较短，污染，其近无尤年来由丙烯氧化生产的丙烯酸的成本比丙烯酰胺成本低得多，此，丙烯酰胺与丙烯酸共聚方法因用制聚丙烯酰胺更具有现实意义。然而由于反应单

放人烧杯中。 调p H值： 3%的 N O用 0 a H溶液将 p H值调至所需。

体纯度和引发体系的限制，得高分子量聚丙烯获酰

胺很困难。经大量实验研究，索了一种新型探氧化一还原引发体系，获得分子量达 18× l7可 . o*国家“五”技攻美课题九科

将配好的溶液装人一端封口的玻璃管中，放人预先恒温好的超级恒温器中， N r n吹 2 0 i。 3a向溶液中加入定量的引发剂。 将水浴温度缓慢升至 3℃,温 2。 0恒 h

2 0

《学工程师》 220年 (化/00总第 7期 ) 7

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测固量霍数子、比… 凳其薯、、量滤。 4论定含性分过慧蔷特粘筹 结 3实验结果3 1氧化剂用量对聚丙烯酰胺分子量的影响 .在下列条件不变的情况下，变 0 1氧化剂改 .%用量，所得聚丙烯酰胺的分子量如图 1所示。 起始温度 l℃; .%甲酸钠 8# ) .%还原 O OJ 0L0 I剂 I0 L p .m;H值 l .0;烯酸钠与丙烯酰胺摩尔 O0丙比 3 7单体总浓度 4%:; o

通过自制的氧化还原引发体系， 0 I氧在 .%化剂用量 0.m 0.%还原剂用量 IOa 5 L, I .r L时合成出了性能稳定，子量达 I8×i7以上，滤比分 . o过12 .4的超高分子量聚丙烯酰胺。

本氧化还原引发体系具有下述特点： ( )效 I高在反应动力学上，般用平均聚合度 ( n表一 x )示平均分子量 ( n)并可用下式表示：丽，1=

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㈣o/}10 0 0

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器+ c+ (+【 C尚 s 1 )

由式 ( )知，与引发剂浓度成反比， I可 即要获得高分子量的聚丙烯酰胺，使引发剂浓度尽应可能低，于实验采用引发剂用量可知，由氧化剂和

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啦—0—— 0 . . 0— 0— . . 汀 1— . 3 5 7 9氧化荆用量 (I岫J )图 1氧化剂用■对聚丙烯酰肢分子量的影响

还原剂的用量只占总溶液的 0 0 1 .%左右， 0较传统的引发剂量低 l O倍多，这充分说明了该引发体系的高效性，且从太规模生产角度讲，具有经济而又性。

32还原剂用量对聚丙烯酰胺分子量的影响 .在下列条件不变的情况下，变 c】还原剂改

%

( )温 2低在反应动力学中，=

用量，得聚丙烯酰胺的分子量如图 2所示。所 起始温度 l℃;.%甲酸钠 8; .%氧化 0 OI 0 0I剂 05 L;H值 l .0丙烯酸钠与丙烯酰胺摩尔 .m p O0;比 3 7;体总浓度 4%:单 o2=:

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式 ( ),是表征动力学链长或聚台度的综 2中 合常数，据 A hnu公式：根丌 eisAe/一

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知 o一( 一尉/ ) x[ p一{{】 R (一一 e印{) d l=

求

( 4 )() 5

式( ) 是影响聚合度的综合活化能， 5中，一图 2还原剂用■对聚丙烯酰胺分子量的影响

般 E d= 16 o—L, 2脚 t l o Ep=2 k o—L, 9J m l E=

从图 I图 2可看出，发剂的用量对聚丙烯，引

l蚶 ∞—L, 7 nI则

一4 k o一L,度升高聚 2J m !温

酰胺分子量的影响呈先增长，降低的趋势，与后这自由基共聚合的反应机理是相一致的。即引发剂的量不足时，法引发，然按照动力学链长的表无虽

合度降低。即随着温度的升高，丙烯酰胺分子聚

量呈下降趋势，本实验反应温度只有 3。,明它 OC说在低温下能够反应，并使合成的聚丙烯酰胺分子量高。作者单位：宝军张刘英男赵权江大庆石化公司研究院刘广舜大庆石油学院

达式认为引发剂浓度的降低使动力学链长增大， 但引发剂浓度过低，合反应量少，此分子量聚因低。当引发剂的浓度很高时，发剂会起到链转引移剂的作用，分子量降低。使《学工程师》 220年 (第 7 )化/00总 7期

大庆联谊石化公司2l

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