阴离子型聚丙烯酰胺微球的水分散聚合法制备

摘要

近年来，聚合物微球调剖技术在提高原油采收率方面备受关注。其原理是通过不同粒径可延时水膨胀的聚合物颗粒封堵地层的孔隙以达到深部调剖的目的。水基分散聚合是制备微米级水溶性聚合物微球的有效方法，受到研究人员的广泛关注，其成本低、聚合条件温和，同时可避免在使用过程中的二次污染问题。 本文研究了丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）在硫酸铵（AS）溶液中的分散聚合，对比研究了传统稳定剂聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠（PAMPSNa）和macro-RAFT试剂型稳定剂聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠三硫代碳酸酯（PAMPSNa-TTC）两个分散聚合体系的聚合特性及聚合条件对分散粒径的影响。 首先，研究了以PAMPSNa为稳定剂时分散聚合体系中搅拌、硫酸铵浓度、稳定剂浓度、单体浓度、聚合温度、链转移剂浓度对分散聚合体系稳定性及聚合产物分子量、分散粒子粒径及分散液稳定性的影响。实验表明，在该体系搅拌对分散颗粒的粒径有很大的影响，链转移剂对PAMPSNa的稳定效能影响显著。在该体系中可以制备固含量为12~16wt%，粒径为1.91~4.81μm，特性粘数[η]为158~443ml/g的稳定分散液。 然后，以S,S’-双（α,α’-二甲基-α’’-乙酸基）三硫代碳酸酯（BDMAT）为RAFT试剂，以AMPS为单体，制备了不同分子量的大分子RAFT（macro-RAFT）试剂PAMPSNa-TTC，并以此为稳定剂用于AM和AMPS在硫酸铵水溶液中的分散聚合。通过分析分散体聚合过程中透光率、分子量、颗粒粒径变化及模拟分相点法探讨了分散聚合分相、分散粒子形成、增长与稳定过程，并考察了稳定剂分子量及浓度、搅拌、硫酸铵浓度、单体浓度及单体配比对分散聚合体系的影响。实验表明以PAMPSNa-TTC为稳定剂可制备长期稳定性良好、高固含量（20wt%）、高分子量（[η]=1299ml/g）、微米级粒径的(0.96~2.90μm)水包水（W/W）分散液，在该分散聚合体系中搅拌对分散颗粒的粒径无明显影响。 根据对比本实验中两个分散体系及前人的实验现象，提出一个新的水基分散聚合颗粒形成及稳定机理。 最后，探讨了采用前交联法、种子交联法和后交联法制备交联型聚丙烯酰胺W/W分散液的可行性。实验表明以六次甲基四胺-间苯二酚、乙二醛及六羟甲基三聚氰胺三个交联剂采用后交联法可制备具有良好流动性、高交联度的交联型W/W分散液，并测定了交联颗粒在水中的溶胀行为。

目录

声明

第1章 前 言

第2章 文献综述

2.1 聚丙烯酰胺的简述

2.1.1 聚丙烯酰胺的简介

2.1.2 聚丙烯酰胺的应用

2.2 聚丙烯酰胺的合成方法

2.2.1 水溶液法

2.2.2 反相悬浮法

2.2.3 反相乳液法

2.2.4 分散聚合法

2.3 分散聚合

2.3.1 分散聚合方法的概述

2.3.2 分散聚合机理的研究

2.3.3 分散聚合体系

2.3.4 交联型粒子分散液的制备

2.4 活性聚合

2.5 论文选题的意义和研究

2.6 创新点

第3章 实验部分

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验仪器

3.2 合成与制备

3.2.1稳定剂 PAMPSNa的合成

3.2.2 S,S′-二(α,α′-甲基-α′′-乙酸)三硫代碳酸酯的合成

3.2.3 PAMPSNa-TTC的合成

3.2.4 六羟甲基三聚氰胺（HMM）的合成

3.2.5 搅拌条件下分散聚合法制备聚丙烯酰胺分散液

3.2.6 无搅拌条件下分散聚合法制备聚丙烯酰胺分散液

3.2.7 不同聚合度P(AM-AMPSNa)的制备

3.2.8 分散聚合纯聚合产品的分离

3.2.9 前交联法制备交联聚丙烯酰胺分散液

3.2.10 种子交联法制备交联型聚丙烯酰胺分散液

3.2.11 后交联法制备交联聚丙烯酰胺分散液

3.2.12 分散液干燥固体颗粒的制备

3.2.13 单体转化率测定相关溶液配制

3.3 分析测试

3.3.1 核磁表征

3.3.2 紫外表征

3.3.3 动态光散射（DLS）测试

3.3.4 光学显微镜的测试

3.3.5 聚合过程中分散聚合参数的测定

3.3.6 P(AM-AMPSNa)特性粘数的测定

3.3.7 PAMPSNa-TTC粘均分子量测定

3.3.8 表观粘度的测定

3.3.9 聚合转化率的测定

3.3.10 透光率的测定

3.3.11 交联分散颗粒溶胀度的测定

3.3.12 GPC测试

3.3.13 透射电镜的测试

第4章 结果与讨论

4.1 PAMPSNa为稳定剂的分散聚合研究

4.1.1 稳定剂及分散聚合产物的结构表征

4.1.2 AS溶液对分散颗粒的溶解性

4.1.3 PAMPSNa存在下的分散聚合过程

4.1.4 搅拌对分散聚合的影响

4.1.5 稳定剂PAMPSNa浓度对分散聚合的影响

4.1.6 链转移剂对分散聚合的影响

4.1.7 AM和AMPSNa投料比对分散聚合的影响

4.1.8 单体浓度对分散聚合的影响

4.1.9 硫酸铵浓度对分散聚合的影响

4.1.10 聚合温度对分散聚合的影响

4.1.11 引发剂浓度对分散聚合的影响

4.2 PAMPSNa-TTC为稳定剂分散聚合的研究

4.2.1 稳定剂PAMPSNa-TTC的合成

4.2.2 PAMPSNa-TTC用量对分散聚合的影响

4.2.3 PAMPSNa-TTC分子量对分散聚合的影响

4.2.4 PAMPSNa-TTC存在下AM-AMPS的分散聚合过程

5.2.5 分相点的分析

4.2.6 搅拌对分散聚合的影响

4.2.7硫酸铵浓度的影响

4.2.8 AM和AMPS投料质量比对分散聚合的影响

4.2.9 单体浓度的影响

4.2.10 聚合温度的影响

4.2.11分散液的长期稳定性

4.3分散聚合机理的讨论

4.4 交联分散体的制备

4.4.1前交联

4.4.2种子交联

4.4.3后交联

第5章 结 论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢