進(jìn)步聚丙烯酰胺溶解速率的技能辦法有哪些
發(fā)布時(shí)間：2020-12-11
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摘要：聚丙烯酰胺是是油田驅(qū)油進(jìn)程中運(yùn)用較為廣泛的一種聚合物，本文簡(jiǎn)單論述了聚丙烯酰胺的物理特性，而且從聚丙烯酰胺的溶劑、聚丙烯酰胺的溶解速率等兩個(gè)方面總述了溶解特色和速溶問(wèn)題，又總結(jié)了加速聚丙烯酰胺溶解的3個(gè)技能途徑。
聚丙烯酰胺類聚合物是指丙烯酰胺的均聚物及丙烯酰胺與其他單體構(gòu)成的共聚物。這類聚合物是線型水溶性聚合物，是油田中運(yùn)用較為廣泛的水溶性聚合物品種之一，其間較具有代表性的產(chǎn)品是聚丙烯酰胺及其水解產(chǎn)品。跟著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入后期，進(jìn)步采收率技能成為油田可持續(xù)發(fā)展的重要辦法之一，聚丙烯酰胺的出產(chǎn)、功能和運(yùn)用研究越來(lái)越收到人們的重視。
1、聚丙烯酰胺的物理特性
在室溫條件下，固體狀態(tài)的聚丙烯酰胺是一種堅(jiān)固的玻璃狀態(tài)的聚合物，具有不同形狀(跟著制作辦法而改變)，如用冷凍辦法制得的聚丙烯酰胺是白色的、松懈的、非晶體固體；玻璃狀態(tài)的固體聚丙烯酰胺是由溶液沉析后枯燥取得；半透明、硬脆的薄片聚丙烯酰胺是在玻璃板上澆筑枯燥制得的。
2、聚丙烯酰胺的溶解特色、速溶問(wèn)題以及改進(jìn)辦法
聚丙烯酰胺具有兩個(gè)溶解特性：①只有水才能作為聚丙烯酰胺的溶劑；②具有較長(zhǎng)的溶解時(shí)刻。
2.1聚丙烯酰胺的溶劑
在聚丙烯酰胺分子鏈上每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元皆有一個(gè)酰氨側(cè)基，酰氨基是親水大的極性基團(tuán)，依據(jù)溶劑化原理和溶液的相似相溶原理，標(biāo)明聚丙烯酰胺只能溶解在水中和較少量會(huì)集含氮化合物和含羥基化合物的有機(jī)溶劑中。
依據(jù)很多的試驗(yàn)研究，聚丙烯酰胺較好的溶劑是水，能夠和水以任一比例混合。聚丙烯酰胺溶解在水中是吸熱進(jìn)程，與許多水溶性聚合物不同，是因?yàn)轷０被c水分子之間的作用較強(qiáng)，在含水量時(shí)，聚丙烯酰胺與水構(gòu)成絡(luò)合體；具有低于零攝氏度的上臨界溶解度，外推法取得的聚丙烯酰胺一水體系的溫度約為零下40攝氏度，沒(méi)有臨界溶解溫度。但是在氮原子上引進(jìn)疏水側(cè)基的聚異丙基丙烯酰胺的水溶液側(cè)有上臨界溶解溫度，32.5℃，在上臨界溶解溫度以下溶解，而在上臨界溶劑溫度以上則不溶解。
聚丙烯酰胺不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，在聚丙烯酰胺的水溶液中參加很多的與水互溶的有機(jī)溶劑(如無(wú)水甲醇或丙酮)時(shí)，會(huì)使聚丙烯酰胺從水溶液中沉析出來(lái)。
2.2聚丙烯酰胺的溶解速率
聚丙烯酰胺的溶解進(jìn)程與典型的高聚物相同出現(xiàn)先溶脹后溶解的現(xiàn)象。但關(guān)于聚丙烯酰胺，其溶解時(shí)刻遠(yuǎn)高于一般聚合物，有的乃至高達(dá)幾個(gè)星期。因而產(chǎn)品聚丙烯酰胺的溶解速率成為一項(xiàng)重要的技能指標(biāo)。現(xiàn)在，許多研究人員一直致力于速溶產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研究。聚丙烯酰胺的溶解速率與其分子量、分子的幾許結(jié)構(gòu)、溶解溫度、產(chǎn)品的劑型、拌和和投料辦法、離子度等要素有關(guān)。
溶解速率隨化學(xué)交聯(lián)程度的添加和分子量的添加而減慢，整體交聯(lián)將使聚丙烯酰胺只溶脹不溶解。在粉末產(chǎn)品的制作進(jìn)程中，長(zhǎng)的枯燥時(shí)刻和高的枯燥溫度會(huì)使部分產(chǎn)品輕度交聯(lián)和支化，假如加長(zhǎng)溶解時(shí)刻乃至出現(xiàn)部分不溶物。
溶解時(shí)刻的長(zhǎng)短跟著產(chǎn)品劑型的不同而有所差異，一般情況下水溶膠型的20-120min，水渙散型的5-10min，粉末型的20-120min，乳液型的3-5min。固體粉末的聚丙烯酰胺通常比水溶膠型的易溶，前者與水的觸摸面積大，且溶解速率隨顆粒直徑的減小而以2.5次方的關(guān)系添加；疏松的固體粉末聚丙烯酰胺比密實(shí)的易溶解。溶解粉末產(chǎn)品的投料辦法非常重要，正確的投料辦法是將粉末逐步投入到水中而拌和，以避免聚丙烯酰胺結(jié)團(tuán)，一旦聚丙烯酰胺結(jié)團(tuán)就會(huì)延長(zhǎng)聚丙烯酰胺的溶解時(shí)刻。聚丙烯酰胺具有激烈的吸水性，粉末產(chǎn)品還易吸潮或遇水結(jié)團(tuán)，因而，需要避免聚丙烯酰胺結(jié)團(tuán)。
溶劑溫度和拌和速率的進(jìn)步有利于分子渙散，從而進(jìn)步聚丙烯酰胺溶解速率。但較高的溶解溫度和激烈的拌和會(huì)使聚丙烯酰胺降解，功能下降。這對(duì)水溶膠型和粉末型的產(chǎn)品比較顯著。
有些情況運(yùn)用混合溶劑較為有利，如聚丙烯酰胺均聚物在6mol/L尿素水溶液中比在純水中溶解快，因尿素能破壞聚丙烯酰胺分子鏈上的氫鍵。
以上溶解速率的影響要素都涉及到兩個(gè)主要要素：
①分子的渙散速率。
物質(zhì)的溶解進(jìn)程是溶劑分子和溶質(zhì)分子互相渙散和浸透的進(jìn)程，因而溶劑和溶質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)能力時(shí)決議溶解時(shí)刻的重要要素。由于溶劑小分子和溶質(zhì)大分子在分子尺寸上非常懸殊，分子量1440萬(wàn)的聚丙烯酰胺分子體積比水分子大20倍。因而兩者的渙散速率相差非常懸殊。在溶解的初期實(shí)際上只有水分子向聚丙烯酰胺的單方面渙散，聚丙烯酰胺分子不可能向水的方向渙散、所以先溶脹是溶解的必經(jīng)階段。因而分子的幾許結(jié)構(gòu)、拌和、溶解溫度和分子量等要素對(duì)聚丙烯酰胺的溶解時(shí)刻有影響；
②是氫鍵和纏結(jié)。
在聚丙烯酰胺的分子鏈內(nèi)和分子鏈間，酰胺側(cè)基間能構(gòu)成氫鍵。氫鍵時(shí)較強(qiáng)的分子間作用力，高分子量的聚丙烯酰胺分子鏈上存在很多的氫鍵。這樣大的長(zhǎng)徑比的分子鏈必定要彎曲，他們會(huì)集在一起也必定要纏結(jié)在一起。因而，要使聚丙烯酰胺快速溶解需要依靠溶劑水分子的快速進(jìn)入和攻擊，將氫鍵極力和分子鏈解纏結(jié)。
3、進(jìn)步聚丙烯酰胺溶解速率的技能辦法定論
加速聚丙烯酰胺溶解的主要技能途徑是從組成方面開(kāi)端的，主要采納3個(gè)辦法。
①挑選適合的聚合工藝和條件，以減少交聯(lián)和支鏈；引進(jìn)更親的離子型結(jié)構(gòu)單元或適量的其他單體共聚改性，以減少聚丙烯酰胺鏈上酰氨基及其氫鍵的數(shù)量；
②在制作進(jìn)程中參加適量的能與酰氨基產(chǎn)生氫鍵的低分子物質(zhì)，以減少聚丙烯酰胺鏈間氫鍵數(shù)量；混入致孔劑、遇水時(shí)這些低分子物質(zhì)很快向水中渙散溶解，構(gòu)成有利于水分子向聚丙烯酰胺方向低浸透渙散的通道；參加親水性的表面活性劑即所謂浸透劑，聚丙烯酰胺顆粒與水觸摸后在表面構(gòu)成水膜，下降水的表面張力，促進(jìn)水向顆粒內(nèi)的渙散和聚合物的溶解；
③改變產(chǎn)品劑型，采用反相乳液聚合法出產(chǎn)反相乳液產(chǎn)品或水渙散聚合法出產(chǎn)所謂水包水乳液。這兩種產(chǎn)品的渙散相實(shí)際上是高濃度的聚合物溶液，渙散離子尺寸很小，溶解時(shí)不需要經(jīng)過(guò)溶脹階段僅僅濃溶液的稀釋，它們可直接在管道的運(yùn)送進(jìn)程中溶解。
此外，也有用物理的辦法對(duì)粉末狀產(chǎn)品進(jìn)行后處理制作反相的渙散懸浮液。
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