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影响聚丙烯酰胺质量的因素有哪些?

发布时间:2019-12-10 09:38:23     作者:波涛净水

聚丙烯酰胺广泛应用到油田中,且技术正在趋于成熟化。本文从反应温度、反应单体中金属离子及杂质、反应体系pH值、干燥参数、硫化物、盐效应等六个方面对聚丙烯酰胺的影响,希望对从事这方面工作的技术人员,有所帮助。

聚丙烯酰胺合成反应是强放热、高速率的自由基聚合反应,聚合产物具有较差的导热性,即使伴有大量的水或溶剂,聚合产热性能也与聚合物分子量成反比,并且温度对聚合物分子量的影响比较大;另一方面,温度对支化和交联将产生较大的影响。另外,其它因素也会影响到聚合反应,如反应单体中金属离子、金属离子以及有机杂质。

1、反应温度的影响

丙烯酰胺聚合是一个典型的自由基聚合,经过大量的实验研究:反应速度常数与温度的关系符合阿伦尼乌斯公式。随着温度的提高,反应速率将大幅度提高,同时分子量降。这是因为随着温度的升高,链引发的活化能要高于链增长的速度,这将使链增长的速度低于链引发的速度,导致自由基浓度升高,聚合度下降。如果大规模生产聚丙烯酰胺,将会放出大量的热使温度急剧升高,反应速度增大,将会产生膨胀过大的现象,无法同时保证产品的分子量和溶解性。但是使用双氮化合物引发将会大大改善这种情况。

随着实验的深入研究,在很多自由基聚合反应中都发现了分子量与单体浓度成正比,而与引发剂浓度的平方根成反比。但是高浓度丙烯酰胺将会影响影响热量的散发,使反应速度增加,分子量降低;另一方面高浓度丙烯酰胺会增加链转移机率,导致聚丙烯酰胺支化程度加重,降低聚合物的水溶性,产生大量的不溶物,聚合物的分子量下降。研究表明,单体浓度在23%-25%的浓度范围内分子量较高。

2、反应单体中金属离子及杂质的影响

在聚丙烯酰胺的生产中,由于各种因素,有机类杂质和金属离子的引入是不可避免的。金属离子的引入不仅会影响到单体的活性,还会阻碍丙烯酰胺的聚合。与金属离子相比,有机杂质的引入将起到不同的作用,如链转移,支化等。为了提高聚丙烯酰胺的生产效率,就要降低副反应的发生,因此就要减少有机杂质和金属离子的引入。

3、反应体系pH值的影响

反应体系中pH过高将会增加反应速度,使聚合物的分子量降低。如丙烯酰胺在碱性条件下,易与氨气发生反应生成还原剂一氮三丙酰胺,加快反应速率,于此同时氮三丙酰胺还起到链转移的作用,大大降低了聚合物的分子量。如果丙烯酰胺水解程度加大,将增大聚合物中离子基团的数量,加大了分子量的扩张程度,使聚合物的粘度增加。另一方面,随着丙烯酰胺水解度的增大,会严重影响到聚合物分子量的稳定性,如果丙烯酰胺水解度大于40%,易发生自催化的水解反应,严重时导致分子链断裂。

4、干燥参数的影响

干燥器的操作参数及干燥方式对聚合物质量影响也很大,对产品溶解性的影响更为突出。聚丙烯酰胺干燥温度不宜过高,并且要受热均匀。如果局部受热,将会产生分子内或分子间的亚酰胺化反应,导致分子链的架桥和断裂,降低聚合物的分子量。

5、硫化物对部分水解聚丙烯酰胺溶液黏度的影响

硫化物能够明显的降低部分水解聚丙烯酰胺溶液的粘度,通过大量的实验研究,硫化物的浓度还存在这一个转折点,当硫化物浓度由0增加到15mg/L时,聚合物的粘度明显降低,降低速率也较大,当硫化物浓度大于15mg/L,聚合物的浓度也降低,但降低的速率较缓慢,因此硫化物浓度的分界点是15mg/L。

硫化物中的硫离子具有还原性,能够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应,引发部分水解聚丙烯酰胺主链的断裂,降解加速,从而使部分水解聚丙烯酰胺溶液黏度大幅度下降。

6、盐效应对部分水解聚丙烯酰胺链结构的影响

部分水解聚丙烯酰胺在油田三次采油的应用中,由于盐效应对链结构的影响,直接关系其对油层的作用。正确评价它在不同地质环境中的分子链形态,对于合理解释聚合物驱油机理和更有效的利用好现有资源具有重要的意义。

7、影响聚丙烯酰胺质量的因素结论

综上所述,影响聚丙烯酰胺质量的因素比较多,但是反应温度、体系的pH、干燥参数、反应单体中金属离子及杂质是主要因素。反应温度升高,反应度率升高,分子量降低;杂质、金属离子的引入能够阻碍丙烯酰胺的聚合;体系中PH值的增大会使聚合物粘度迅速增加,并且使聚合物的稳定性降低;聚合物在干燥时应该均匀受热,否则,将会产生分子内或分子间的亚酰胺化反应,导致分子链的架桥和断裂,降低聚合物的分子量;因此为了提高聚丙烯酰胺的分子量要控制好以上四点。

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