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(lèi)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(lèi)聚合物是線(xiàn)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?zhuān)鼈兛芍苯釉诠艿赖倪\(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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