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分散聚合法聚丙烯酰胺微球调剖剂的研究

发布日期:2015-07-21 10:33:41
聚丙烯酰胺(PAM)微球近年来被广泛应用在非均质性 强、高含水、大孔道发育的油田深部调剖堵水技术中。交 联网状结构不光赋予PAM微球很好的吸水性,而且赋予PAM微球很好的弹性,在一定压力下能够发生弹性变形而通 过孔喉继续往深部运移,起到深部调剖的作用。
目前聚丙烯酰胺微球合成方法较多,主要有:反相悬浮合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合和分散聚合。反 相悬浮聚合是一种将AM水溶液以小液滴状悬浮于有机溶剂 中进行聚合的方法,但其缺点是产品纯度不高,产物乳液稳定性差,工艺比较复杂。尤其是产品中存在大量的乳化剂和烃类 溶剂,若直接使用聚合物,会带来二次污染;若经过一定工艺处 理将其制成聚合物粉末,不仅费工费力,而且会污染大气。
与其他聚合方法相比,分散聚合具有表观粘度低、溶解速 度快、介质蒸发热低,生产工艺简单、可适用单体种类多等优点,在油田开发过程中有广阔的应用前景。
目前分散聚合法聚丙烯酰胺微球主要在醇水混合物或盐水 溶液两种反应介质中进行,采用分散聚合法将苯乙烯磺酸钠 与丙烯酰胺共聚制备聚丙烯酰胺微球目前国内外尚无相关报道。 本文重点研究了分散介质比例、单体用量、引发剂用量、分散剂用量、交联剂用量、反应温度对聚丙烯酰胺(PAM)微球调剖剂的粒 径、凝胶强度、抗剪切性能和耐热性能的影响。
在250mL三口烧瓶中加入定量的乙醇和去离子水,搅拌均 匀后加入定量聚乙烯吡咯烷酮,搅拌溶解后按投料比加入一定量的丙烯酰胺苯乙烯磺酸钠和亚甲 基双丙烯酰胺,搅拌溶解,升温至55°C后将计量的过硫 酸铵-亚硫酸氢钠引发剂滴加到上述反应体系中,恒温反应4h, 然后以乙醇为沉淀剂,将聚合物乳液进行沉淀,乙醇洗涤3次, 以除去残留的PVP、未反应单体和均聚物,最后将产物干燥后,磨碎得到白色粉末,置于干燥器中保存备用。
单体AM用量(以醇水混合溶剂质量计)对聚丙烯酰胺微 球调剖剂平均粒径和凝胶强度的影响。随 AM用量的增加,聚丙烯酰胺微球调剖剂平均粒径增大,表观 黏度先增大后减小。但当AM含量高于20%以后,表观黏度 反而有所降低,这可能是AM含量过多会导致反应体系黏度增大,低聚物自由基沉淀出来后难以在短时间内吸附到足够 的分散剂分子形成稳定的核,这些不稳定的低聚物自由基很 容易发生单基或双基终止反应,形成低分子量聚合物,从而 导致聚合物表观黏度开始下降,因此单体AM含量不宜过高, 含量控制为20%左右较为合适。
引发剂APS用量(以单体质量计)对聚丙烯酰胺微球调剖剂平均粒径和凝胶强度的影响。随引发剂APS用量的增加,聚丙烯酰胺微球调剖剂平均粒径逐渐增大,表观黏度先增大后减小。根据自由基聚合理论,随着引发 剂浓度增大,聚合反应速率增大,聚合反应中心由液相向粒子 中的转移出现得就越早。当引发剂用量为0. 8%,聚合物 微球的表观黏度最大。
苯乙烯磺酸钠含量对分散聚合及聚丙烯酰胺微球调剖剂 粒径和凝胶强度的影响,随着SSS的用量 增加,聚合物微球调剖剂的凝胶强度逐渐增大,粒径却呈现先 降后增的趋势。苯乙烯磺酸钠单元中的苯环刚性大,强度大, 磺酸基团水化能力强,因此聚合物微球调剖剂的凝胶强度随 着SSS含量的增加而增大。但当SSS含量超过10%,由于单体SSS浓度增加,聚合反应速率加快,齐聚物自由基和共聚物链生成变快,粒子的捕捉效率相对下降。
(1)采用分散聚合法合成了聚丙烯酰胺微球调剖剂,考察了乙醇/去离子水体积比、丙烯酰胺用量、引发剂用量、分散剂 用量、交联剂用量、苯乙烯磺酸钠含量和反应温度对聚丙烯酰 胺微球调剖剂的粒径和凝胶强度的影响。
(2)丙烯酰胺聚合物微球调剖剂粒径可调,平均粒径为 10〜85pm,并具有较好的分散性和凝胶强度。
(3)初步证实丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠单体 发生了共聚反应,部分分散剂PVP接枝到聚合物链上。
分散聚合法聚丙烯酰胺微球调剖剂的研究