摘要：聚丙烯酰胺廣泛應(yīng)用到油田中，且技術(shù)正在趨于成熟化。本文從反應(yīng)溫度、反應(yīng)單體中金屬離子及雜質(zhì)、反應(yīng)體系PH值、干燥參數(shù)、硫化物、鹽效應(yīng)等六個方面對聚丙烯酰胺的影響，希望對從事這方面工作的技術(shù)人員，有所幫助。
引言
聚丙烯酰胺合成反應(yīng)是強放熱、高速率的自由基聚合反應(yīng)，聚合產(chǎn)物具有較差的導(dǎo)熱性，即使伴有大量的水或溶劑，聚合產(chǎn)物的導(dǎo)熱性能也與聚合物分子量成反比，并且溫度對聚合物的分子量的影響比較大;另一方面，溫度對支化和交聯(lián)將產(chǎn)生較大的影響。另外，其它因素也會影響到聚合反應(yīng)，如反應(yīng)單體中非金屬離子、金屬離子以及有機雜質(zhì)。
1、反應(yīng)溫度的影響
丙烯酰胺聚合是一個典型的自由基聚合，經(jīng)過大量的實驗研究：反應(yīng)速度常數(shù)與溫度的關(guān)系符合阿倫尼烏斯公式。隨著溫度的提高，反應(yīng)速率將大幅度提高，同時分子量下降。這是因為隨著溫度的升高，鏈引發(fā)的活化能要高于鏈增長的速度，這將使鏈增長的速度低于鏈引發(fā)的速度，導(dǎo)致自由基濃度升高，聚合度下降。如果大規(guī)模生產(chǎn)聚丙烯酰胺，將會放出大量的熱使溫度急劇升高，反應(yīng)速度增加，將會產(chǎn)生膨脹過大的現(xiàn)象，無法同時保證產(chǎn)品的分子量和溶解性。但是使用雙氮化合物引發(fā)將會大大改善這種情況。隨著實驗的深入研究，在很多自由基聚合反應(yīng)中都發(fā)現(xiàn)了分子量與單體濃度成正比而與引發(fā)劑濃度的平方根成反比。但是高濃度丙烯酰胺將會影響影響熱量的散發(fā)，使反應(yīng)速度增加，分子量降低;另一方面高濃度丙烯酰胺會增加鏈轉(zhuǎn)移機率，導(dǎo)致聚丙烯酰胺支化程度加重，降低聚合物的水溶性，產(chǎn)生大量的不容物，聚合物的分子量下降。研究表明，單體濃度在23%~25%的濃度范圍內(nèi)分子量較高。
2、反應(yīng)單體中金屬離子及雜質(zhì)的影響
在聚丙烯酰胺的生產(chǎn)中，由于各種因素，有機類雜質(zhì)和金屬離子的引入是不可避免的。金屬離子的引入不僅會影響到單體的活性還會阻礙丙烯酰胺的聚合。與金屬離子相比，有機雜質(zhì)的引入將起到不同的作用，如鏈轉(zhuǎn)移，支化等，為了提高聚丙烯酰胺的生產(chǎn)效率，就要降低副反應(yīng)的發(fā)生，因此就要減少有機雜質(zhì)和金屬離子的引入。
3、反應(yīng)體系PH值的影響
反應(yīng)體系中PH過高將會增加反應(yīng)速度，使聚合物的分子量降低。如丙烯酰胺在堿性條件下，易與氨氣發(fā)生反應(yīng)生成還原劑一氮三丙酰胺，加快反應(yīng)速率，于此同時氮三丙酰胺還起到鏈轉(zhuǎn)移的作用，大大降低了聚合物的分子量。如果丙烯酰胺水解程度加大，將增加聚合物中離子基團的數(shù)量，加大了分子量的擴張程度，使聚合物的粘度增加。另一方面，隨著丙烯酰胺水解度的增加，會嚴重影響到聚合物分子量的穩(wěn)定性，如果丙烯酰胺水解度大于40%，較易發(fā)生自催化的水解反應(yīng)，嚴重時導(dǎo)致分子鏈斷裂。
4、干燥參數(shù)的影響
干燥器的操作參數(shù)及干燥方式對聚合物質(zhì)量影響也很大，對產(chǎn)品溶解性的影響更為突出。聚丙烯酰胺干燥溫度不宜過高，并且要受熱均勻。如果局部受熱，將會產(chǎn)生分子內(nèi)或分子間的亞酰胺化反應(yīng)，導(dǎo)致分子鏈的架橋和斷裂，降低聚合物的分子量。
5、硫化物對部分水解聚丙烯酰胺溶液黏度的影響
硫化物能夠明顯的降低部分水解聚丙烯酰胺溶液的粘度，通過大量的實驗研究，硫化物的濃度還存在這一個轉(zhuǎn)折點，當硫化物濃度由0增加到15mg/L時，聚合物的粘度明顯降低，降低速率也較大，當硫化物濃度大于15mg/L，聚合物的濃度也降低，但降低的速率較緩慢，因此硫化物濃度的分界點是15mg/L。硫化物中的硫離子具有還原性，能夠加速了部分水解聚丙烯酰胺溶液中的氧化降解的自由基反應(yīng)，引發(fā)部分水解聚丙烯酰胺主鏈的斷裂，降解加速，從而使部分水解聚丙烯酰胺溶液黏度大幅度下降。
6、鹽效應(yīng)對部分水解聚丙烯酰胺鏈結(jié)構(gòu)的影響
部分水解聚丙烯酰胺在油田三次采油的應(yīng)用中，由于鹽效應(yīng)對鏈結(jié)構(gòu)的影響，直接關(guān)系其對油層的作用。正確評價它在不同地質(zhì)環(huán)境中的分子鏈形態(tài)，對于合理解釋聚合物驅(qū)油機理和更有效的利用好現(xiàn)有資源具有重要的意義。
7、結(jié)論
綜上所述，影響聚丙烯酰胺質(zhì)量的因素比較多，但是反應(yīng)溫度、體系的PH、干燥參數(shù)、反應(yīng)單體中金屬離子及雜質(zhì)是主要因素。反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)度率升高，分子量降低;雜質(zhì)、金屬離子的引入能夠阻礙丙烯酰胺的聚合;體系中PH值的增加會使聚合物粘度迅速增加，并且使聚合物的穩(wěn)定性降低;聚合物在干燥時應(yīng)該均勻受熱，否則，將會產(chǎn)生分子內(nèi)或分子間的亞酰胺化反應(yīng)，導(dǎo)致分子鏈的架橋和斷裂，降低聚合物的分子量;因此為了提高聚丙烯酰胺的分子量要控制好以上四點。
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