復合型聚丙烯酰胺在采油系統的分子體系研究

目前，復合型聚丙烯酰胺類產品的研究應用大多集中在固液分離和三次采油領域。前者通常用作絮凝劑或助留劑，如水處理、選礦、造紙助留等行業。工業上聚丙烯酰胺類產品通常采用溶液法制得，溶液法制各的不足在于聚合單體濃度低，水溶液法制備的聚丙烯酰胺類產品要想得到固體產品，需要經過干燥、粉碎等過程，工藝過程較復雜。此外，也有人采用反相懸浮法制得聚丙烯酰胺類產品，此法存在受攪拌速率影響大、易聚結、共沸時體系不穩定、易產生凝膠、出水時間長等問題。本論文主要采用反相（微）乳液法合成聚丙烯酰胺類（微）乳液產品，在對（微）乳液穩定體系的篩選的基礎上，進一步制備了微粒型和線型結構的陽離子聚丙烯酰胺微粒／陰離子聚丙烯酰胺二元微粒絮凝體系，并對該類產品進行應用型研究。本聚合方法聚合過程可控，體系穩定，克服了溶液聚合過程中聚合熱難以排除和懸浮聚合過程中體系穩定性較差等問題，并可對產物的分子量及離子度進行有效地控制。 1、陽離子微粒／陰離子聚合物復合微粒絮凝體系 目前所使用的微粒體系中的微粒大多為無機陰離子型。近年來許多工作者已開發出了陽離子膠體硅微粒“…。這種微粒實際上對膠體二氧化硅進行改進，使其表面帶有一層氧化鋁，或者通過某種途徑使鋁原子取代膠體二氧化硅表面的部分區域，這樣在低ｐＨ值的酸性條件下便帶有陽電荷。另一方法使將氧化鋁混合于二氧化硅溶液的結構中，在這種新型的微粒系統中，一般先加入陽離子微粒，在纖維和填料表面形成陽離子補丁或在它們之間形成絮聚體，這種絮聚體具有“彈性”。經過高剪切將其分散成尺寸合適的小的絮聚體后，再加入陰離子聚合物，通過靜電中和和架橋等作用，形成理想的“微絮聚物”。在微粒體系中，發揮絮凝作用的關鍵因素包括聚合物的分子量和電荷密度，微粒的形狀和表面化學以及微粒相互作用的方式。粒度太低，其本身的絮凝能力太小，所能引起的較大絮聚值太低；粒度太高，由于架橋作用會使剪切后的絮塊迅速形成較大的絮塊，對勻度影響較大。 2、陽離子聚丙烯酰胺與改性膨潤土組成的“Ｈｙｄｒｏｃｏｆ”體系ｎ” 該系統是由英國聯合膠體公司開發…，先加高分子陽離子型聚合物，然后加特殊的無機填料。高分子量、低電荷密度的陽離子聚丙烯酰胺（ＣＰＡＭ）加入后，以鏈圈鏈尾的形式吸附到紙漿纖維上，并以橋聯機理主先引起紙料的初始絮聚。初始絮聚體經高剪切力作用破壞后碎解成小碎塊，從而尾帶負電荷的膨潤土暴露出更多的ＣＰＡＭ。膨潤土在這些吸附于不同粒子上的ＣＰＡＭ的鏈圈鏈尾之間，靠靜電中和及與ＣＰＡＭ非帶電荷段的配合作用，將細小碎塊重新橋聯起來，形成較ＣＰＡＭ初始絮聚體尺寸更小、結構更致密的微小絮塊，再提高絮凝性能的同時也改善了絮聚體的勻度。 3、膠體二氧化硅與陽離子淀粉所組成的“Ｃｏｍｐｏｚ ｉ ｌ”體系 Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｇｒａｎｔ等“”對此體系進行了研究。在該體系中，對于膠體二氧化硅和陽離子淀粉的加入順序有嚴格的要求。一般在處理液中先加入陽離子淀粉，使之通過靜電橋聯作用和鑲嵌作用產生較大的聚合物，當受到高剪切力作用時，大的絮塊被“分裂”或切斷成小絮塊，再加入膠體Ｕ－氧化硅，使絮聚物通過各種方式形成“微絮聚物”。這些“微絮聚物”吸附到懸浮顆粒表面，使顆粒間留有足夠的、暢通的濾水通道，從而提高了聚丙烯酰胺助留助濾效果。 4、聚鋁類微粒子絮凝體系 常規氫氧化鋁微粒子絮凝體系由陽離子聚丙烯酰胺淀粉和由硫酸鋁與氫氧化鈉現場制得的膠體氫氧化鋁組成。陽離子淀粉主先加入預先堿化的紙料中，在纖維與細小纖維表面形成陽離子補丁，高剪切后加入硫酸鋁，與預先加入的堿進行堿化水解，反應生成陰離子的膠體氫氧化鋁。并在紙料組分上的陽離子淀粉補丁之間進行交聯，引起紙料的重聚。由陽離子淀粉和聚鋁類無機聚合物ｎ…１，如聚合氧化鋁、聚合硫酸鋁組成的微粒子體系，對鈣離子不像膠體二氧化硅微粒子體系那樣敏感，尤其是在脫水過程中，在鈣離子濃度相當高時，仍保持其較好的脫水性能；由陽離子淀粉與聚合鋁、聚合硫酸鋁、聚合硅酸硫酸鋁組成的微粒子體系，對兩組分的加入順序不敏感。 5、膠體硅類微粒體系 新發展的膠體硅類微粒體系ｍ，，主要是針對于高速紙機而開發和發展的，其 目的是使高速紙機再運轉時處于較佳狀態。目前該體系在２５個國家的３００多個紙廠得到了廣泛的應用。該體系中高聚合硅粒度為２—３ｎｍ，比表面積為９００ｍ２／ｇ。球狀硅之間是很強的共價硅氧烷鍵，足以抵御紙機剪切力的破壞。合成的ＣＰＡＭ具有４００—１５００萬的相對分子量。研究結果表明，由ＣＰＡＭ和新的復合型陰離子聚丙烯酰胺硅熔膠組成的留著系統在當今現代化的夾網成形紙機的高剪切力條件下運行效果良好。而且硅熔膠技術的進步使得高速夾網成形紙機在應用淀粉一硅系統成為可能。隨著我們更加深入的探索，在不遠的將來復合型聚丙烯酰胺在采油系統的分子體系將會更加成熟，得到更廣泛的應用！