聚丙烯酰胺是一種線形的水溶性聚合物，其系列產(chǎn)品是水溶性高分子領(lǐng)域中應(yīng)用最 廣泛的品種之一。聚丙烯酰胺及其衍生物已在石油工業(yè)得到廣泛地應(yīng)用，并在水處理、 造紙、紡織、印染、選礦、洗煤、醫(yī)藥、制糖、建材、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，享 有“工業(yè)味精”、“百業(yè)助劑”之稱。在油田化學(xué)領(lǐng)域中，現(xiàn)已將PAM應(yīng)用到鉆井液、完 井液、酸化液、壓裂液、乳化劑、破乳劑、三次采油、化學(xué)排水采氣、油氣層保護(hù)、油 氣田廢水凈化等諸多方面。由于國內(nèi)的研究與開發(fā)力量薄弱，PAM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、聚合工藝 及應(yīng)用技術(shù)尚存在嚴(yán)重的缺陷，PAM產(chǎn)品的應(yīng)用也主要集中在石油開采領(lǐng)域（其市場(chǎng)份 額約占81%)。而一些西方國家的市場(chǎng)狀況卻與國內(nèi)大不相同，例如美國PAM的市場(chǎng)結(jié) 構(gòu)為：水處理占60%，造紙占25%,礦山占11%，其它領(lǐng)域占4%。日本PAM的消費(fèi)結(jié) 構(gòu)為。?水處理占45%,造紙占32%，礦山占8%，石油占12%，其它領(lǐng)域占3%。

 

按照電性質(zhì)，PAM可以分為四個(gè)類型：非離子、陰離子、陽離子和兩性離子型。從 外觀形態(tài)上講，PAM主要有三種產(chǎn)品類型：固體粉末、反相乳液和水散型，后兩種劑型 均屬于液體型產(chǎn)品，相應(yīng)地PAM聚合技術(shù)就分為水溶液聚合、反相乳液聚合和水分散聚 合技術(shù)，其中水分散聚合技術(shù)是近年來國際水溶性高分子界的研究熱點(diǎn)之一，所制備的 聚合物粒子細(xì)小而均勻，分子量易于調(diào)節(jié)，膠體穩(wěn)定性和水溶性俱佳。在生產(chǎn)工藝流程 上，水分散型PAM生產(chǎn)線遠(yuǎn)比固體粉末型PAM簡(jiǎn)單，可省去造粒、干燥、粉碎、篩分 等單元操作過程，操作生產(chǎn)線大大簡(jiǎn)化，可以節(jié)約大量的物耗與能耗（含水、電、汽）。 液體型產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用潛力不容忽視。例如：美國的液體型PAM現(xiàn)已占其產(chǎn)品總量的 70%，歐洲為35%，日本為15%，并呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。就反相乳液和水分散溶液兩種 液體型產(chǎn)品而言，由于反相乳液型PAM產(chǎn)品中含有礦物油與表面活性劑，不可避免地在 水處理、紡織等領(lǐng)域的應(yīng)用過程中對(duì)環(huán)境造成二次污染，從而限制了反相乳液型PAM產(chǎn) 品的應(yīng)用范圍，這為水分散型PAM產(chǎn)品及其聚合技術(shù)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇和市場(chǎng)空 間。_在PAM的應(yīng)用過程中，經(jīng)常碰到的一個(gè)問題是如何使聚合物溶解到水中，以適宜于 特定的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。早期的水溶性聚合物就是稀釋的聚合物水溶液。其分子量較低。隨著 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，聚合物的分子量越來越大。由于大分子量的聚合物溶液即使在05?

 

1.0%的濃度下也具有很高的粘度，那么運(yùn)輸聚合物稀溶液則變得越來越困難。因此，生 產(chǎn)廠家開始在運(yùn)輸前將聚合物溶液轉(zhuǎn)換成固體形態(tài)（如PAM固體粉末），在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)則 釆用機(jī)械方法使其溶解于水，但常常會(huì)出現(xiàn)水溶性聚合物溶解不完全的現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致 “魚眼”微粒的生成，由此造成聚合物的浪費(fèi)，并對(duì)應(yīng)用體系產(chǎn)生不利的后果。此外， 傳統(tǒng)的PAM固體粉末生產(chǎn)工藝單元操作多、能耗大、設(shè)備投資大、產(chǎn)品性能差、溶解設(shè) 備復(fù)雜，而水分散PAM聚合生產(chǎn)工藝則可避免這些缺憾。

 

另一方面，油田最常用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺，但由于其耐溫抗鹽性能較 差，不能達(dá)到預(yù)期效果。

 

國內(nèi)外在提高聚合物耐溫抗鹽性的主要研究方向是兩性離子水溶性聚合物和疏水 締合水溶性聚合物的研究。兩性離子水溶性聚合物是指分子中同時(shí)含有陰陽兩種離子。 在純水中，分子內(nèi)部形成離子鍵，其水溶液粘度較低，當(dāng)遇到高礦化度水后，其分子內(nèi) 離子鍵被破壞，而形成了分子間離子鍵，從而使分子鏈更加伸展，進(jìn)而使聚合物水溶液 粘度增大。疏水締合水溶性聚合物的特點(diǎn)在于其疏水基團(tuán)的締合作用，當(dāng)聚合贊/濃度低 于臨界締合濃度時(shí)，以分子內(nèi)締合為主，水溶液粘度較低：而當(dāng)超過臨界締合濃度時(shí)， 則以分子間締合為主，粘度迅速提高。小分子電解質(zhì)的加入使得溶液極性增大，也使得 疏水締合作用增強(qiáng)，進(jìn)而使粘度提高。

 

眾所周知，在油田化學(xué)助劑中，聚丙烯酰胺PAM是鉆井液的一種重要的處理劑，它 依靠在粘土和頁巖表面上的吸附和包被，起到絮凝和穩(wěn)定頁巖作用。PAM的吸附和包被 與PAM的分子量和分子所帶的基團(tuán)密切相關(guān)。當(dāng)PAM與粘土和頁巖接觸時(shí)，PAM靠氫 鍵或靜電吸力吸附到粘土顆粒上。靠分子鏈將多個(gè)粘土顆粒橋連在一起，阻止頁巖分散 (也稱為包被作用），從而保持頁巖的完整性，促使井壁穩(wěn)定，巖屑保持原狀，在地面 有利于被固相控制設(shè)備清除。但PAM在分子的抑制性、抗鹽性及抗溫性上還達(dá)不到實(shí)際 的要求。

 

本研究就是利用兩性離子聚合物和疏水締合型聚合物這種特殊結(jié)構(gòu)，合成水分散型 兩性高分子聚丙烯酰胺，從而使改性的PAM賦予了新的性能。這就是依據(jù)分子設(shè)計(jì)原理 在PAM分子鏈引入陽離子基團(tuán)、疏水基團(tuán)和AMPS (2-丙烯酰胺基一2—甲基丙磺酸）， 分子中的陽離子中和了粘土顆粒上的負(fù)電荷而減小靜電斥力。此時(shí)聚合物能在許多位置 上與粘土發(fā)生橋連，因而能夠?qū)φ惩疗鸬胶芎玫谋Ｗo(hù)作用。同時(shí)由于分子鏈中含有疏水 基團(tuán)，使吸附在粘土表面的聚合物表現(xiàn)為憎水性質(zhì)，故有利于阻止水分子的進(jìn)入，從而 能有效地抑制頁巖的膨脹。而AMPS結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要官能團(tuán)是磺酸基。磺酸基主要功 能是提供一種強(qiáng)親水和強(qiáng)水化基團(tuán)，通過平面氫鍵吸附，端面靜電吸附，在粘土粒子表 面形成氫結(jié)構(gòu)的溶劑化膜，具有較高的抗鹽和抗溫能力。經(jīng)改性后的PAM即水分散型兩 性高分子聚丙烯酰胺，不僅具有良好的水溶性而且具有優(yōu)良的抑制性、抗鹽性及抗溫性。

 

因此，盡快開發(fā)PAM水分散型產(chǎn)品及其聚合技術(shù)，并將水分散聚合物進(jìn)行推廣，滿 足國內(nèi)日益膨脹的市場(chǎng)需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景及顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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