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1 、化學結構
聚丙烯酰胺 (PAM) 是由丙烯酰胺 ( 單體 ) 引發(fā)聚合而成的水溶性鏈狀聚合物。它不溶于汽油、煤油、苯等有機溶劑。由于聚丙烯酰胺在水中不解離,所以它的鏈節(jié)在水中不帶離子,是一種非離子型聚合物。
由于聚丙烯酰胺鏈節(jié)上不帶電荷,分子在溶液中容易卷曲,其增粘能力較差。鏈節(jié)中的— CONH 2 基團又具有孤電子對,在地層中被孔隙表面吸附量較大。因此,它不是一種很好的流度控制劑。
聚丙烯酰胺 (PAM) 與堿反應即生成部分水解聚丙烯酰胺。
部分水解聚丙烯酰胺在水中發(fā)生解離,產(chǎn)生- COO - 離子,使整個分子帶負電荷,所以部分水解聚丙烯酰胺為陰離子型聚合物。由于部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上有- COO - ,鏈節(jié)上有靜電斥力,在水中分子鏈較伸展,故增粘性好。它在帶負電的砂巖表面上吸附量較少,因此,是目前最適合于流度控制的聚合物。
2 、 HPAM 在水溶液中的分子形態(tài)
HPAM 分子是柔性鏈結構,在高分子化學中有的被稱為無規(guī)線團。實際上,水解聚丙烯酰胺不像黃原膠的螺旋結構那樣具有剛性結構。但像黃原膠一樣, HPAM 是聚電解質,因此它與溶液中的離子會發(fā)生強烈反應。然而,由于水解聚丙烯酰胺鏈是柔性的,它可能更加容易受到水溶劑的離子強度的影響,因此,其溶液性質對鹽度 / 硬度比黃原膠更加敏感。
3 、聚丙烯酰胺的合成
從石油裂解得到的丙烯出發(fā)制造聚丙烯酰胺的過程包括合成丙烯晴、合成丙烯酰胺、合成丙烯酸、聚合等。
(1) 丙烯晴的合成
目前工業(yè)上普遍采用氨氧化法,此法對丙烯的純度要求不高,反應生成乙睛、丙烯醛、氫胺酸等易分離和可綜合利用的副產(chǎn)品。
(2) 丙烯酰胺的合成
作為丙烯酰胺早期合成技術的硫酸水合工藝已基本淘汰,現(xiàn)在工業(yè)上廣泛采用了骨架銅催化水合法。
(3) 丙烯酸的合成
盡管有些工廠仍然沿用丙烯晴水解之類的工藝生產(chǎn)丙烯酸,但是從 20 世紀 80 年代開始建立的新工廠都采用丙烯氧化工藝。
(4) 聚合
丙烯酸與丙烯酰胺可以通過熱、引發(fā)劑、 g 射線輻照等引發(fā)聚合。部分水解聚丙烯酰胺也可以通過共聚制得。
4 、聚丙烯酰胺的形態(tài)
聚丙烯酰胺在不同的生產(chǎn)工藝條件下,可制成三種物理形態(tài):干粉、乳液和水溶液。不同產(chǎn)品形態(tài)有著不同的物性指標及儲運和使用條件,在實際使用中,不同形態(tài)的產(chǎn)品各有利弊。表 9-1 為不同形態(tài)的聚丙烯酰胺產(chǎn)品應用性能對比結果。
(1) 水溶液產(chǎn)品的聚合物固含量低,適用于就地生產(chǎn)就地使用。它可以免除干燥和造粒工藝,降低成本。
(2) 乳液產(chǎn)品為外觀粘稠的白色液體,表觀粘度約為 250mP a · s ,在顯微鏡下觀測到聚丙烯酰胺以固體微粒分散于輕質礦物油中,粒徑為 1~2 m m 。從分散體系的分類而言,它是一種懸浮液,屬于不穩(wěn)定體系,當環(huán)境溫度高于 30 ℃,易于發(fā)生沉淀結塊而無法使用。體系的凝固點為 -10 ℃,凝固后為冰糕狀,再次融為液體后,仍能呈現(xiàn)出均勻的懸浮液,對產(chǎn)品質量沒有影響。乳液狀產(chǎn)品的突出優(yōu)點是溶解速度快,不需要專門配液裝置,可直接用高壓計量泵加入注水管線,經(jīng)混合器與水混合,并在流動過程中充分溶解,但其有效含量不高,低于 50% 。
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