复合型聚丙烯酰胺在采油系统的分子体系研究

目前，复合型聚丙烯酰胺类产品的研究应用大多集中在固液分离和三次采油领域。前者通常用作絮凝剂或助留剂，如水处理、选矿、造纸助留等行业。工业上聚丙烯酰胺类产品通常采用溶液法制得，溶液法制各的不足在于聚合单体浓度低，水溶液法制备的聚丙烯酰胺类产品要想得到固体产品，需要经过干燥、粉碎等过程，工艺过程较复杂。此外，也有人采用反相悬浮法制得聚丙烯酰胺类产品，此法存在受搅拌速率影响大、易聚结、共沸时体系不稳定、易产生凝胶、出水时间长等问题。本论文主要采用反相（微）乳液法合成聚丙烯酰胺类（微）乳液产品，在对（微）乳液稳定体系的筛选的基础上，进一步制备了微粒型和线型结构的阳离子聚丙烯酰胺微粒／阴离子聚丙烯酰胺二元微粒絮凝体系，并对该类产品进行应用型研究。本聚合方法聚合过程可控，体系稳定，克服了溶液聚合过程中聚合热难以排除和悬浮聚合过程中体系稳定性较差等问题，并可对产物的分子量及离子度进行有效地控制。 1、阳离子微粒／阴离子聚合物复合微粒絮凝体系 目前所使用的微粒体系中的微粒大多为无机阴离子型。近年来许多工作者已开发出了阳离子胶体硅微粒“…。这种微粒实际上对胶体二氧化硅进行改进，使其表面带有一层氧化铝，或者通过某种途径使铝原子取代胶体二氧化硅表面的部分区域，这样在低ｐＨ值的酸性条件下便带有阳电荷。另一方法使将氧化铝混合于二氧化硅溶液的结构中，在这种新型的微粒系统中，一般先加入阳离子微粒，在纤维和填料表面形成阳离子补丁或在它们之间形成絮聚体，这种絮聚体具有“弹性”。经过高剪切将其分散成尺寸合适的小的絮聚体后，再加入阴离子聚合物，通过静电中和和架桥等作用，形成理想的“微絮聚物”。在微粒体系中，发挥絮凝作用的关键因素包括聚合物的分子量和电荷密度，微粒的形状和表面化学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，所能引起的较大絮聚值太低；粒度太高，由于架桥作用会使剪切后的絮块迅速形成较大的絮块，对匀度影响较大。 2、阳离子聚丙烯酰胺与改性膨润土组成的“Ｈｙｄｒｏｃｏｆ”体系ｎ” 该系统是由英国联合胶体公司开发…，先加高分子阳离子型聚合物，然后加特殊的无机填料。高分子量、低电荷密度的阳离子聚丙烯酰胺（ＣＰＡＭ）加入后，以链圈链尾的形式吸附到纸浆纤维上，并以桥联机理主先引起纸料的初始絮聚。初始絮聚体经高剪切力作用破坏后碎解成小碎块，从而尾带负电荷的膨润土暴露出更多的ＣＰＡＭ。膨润土在这些吸附于不同粒子上的ＣＰＡＭ的链圈链尾之间，靠静电中和及与ＣＰＡＭ非带电荷段的配合作用，将细小碎块重新桥联起来，形成较ＣＰＡＭ初始絮聚体尺寸更小、结构更致密的微小絮块，再提高絮凝性能的同时也改善了絮聚体的匀度。 3、胶体二氧化硅与阳离子淀粉所组成的“Ｃｏｍｐｏｚ ｉ ｌ”体系 Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｇｒａｎｔ等“”对此体系进行了研究。在该体系中，对于胶体二氧化硅和阳离子淀粉的加入顺序有严格的要求。一般在处理液中先加入阳离子淀粉，使之通过静电桥联作用和镶嵌作用产生较大的聚合物，当受到高剪切力作用时，大的絮块被“分裂”或切断成小絮块，再加入胶体Ｕ－氧化硅，使絮聚物通过各种方式形成“微絮聚物”。这些“微絮聚物”吸附到悬浮颗粒表面，使颗粒间留有足够的、畅通的滤水通道，从而提高了聚丙烯酰胺助留助滤效果。 4、聚铝类微粒子絮凝体系 常规氢氧化铝微粒子絮凝体系由阳离子聚丙烯酰胺淀粉和由硫酸铝与氢氧化钠现场制得的胶体氢氧化铝组成。阳离子淀粉主先加入预先碱化的纸料中，在纤维与细小纤维表面形成阳离子补丁，高剪切后加入硫酸铝，与预先加入的碱进行碱化水解，反应生成阴离子的胶体氢氧化铝。并在纸料组分上的阳离子淀粉补丁之间进行交联，引起纸料的重聚。由阳离子淀粉和聚铝类无机聚合物ｎ…１，如聚合氧化铝、聚合硫酸铝组成的微粒子体系，对钙离子不像胶体二氧化硅微粒子体系那样敏感，尤其是在脱水过程中，在钙离子浓度相当高时，仍保持其较好的脱水性能；由阳离子淀粉与聚合铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝组成的微粒子体系，对两组分的加入顺序不敏感。 5、胶体硅类微粒体系 新发展的胶体硅类微粒体系ｍ，，主要是针对于高速纸机而开发和发展的，其 目的是使高速纸机再运转时处于较佳状态。目前该体系在２５个国家的３００多个纸厂得到了广泛的应用。该体系中高聚合硅粒度为２—３ｎｍ，比表面积为９００ｍ２／ｇ。球状硅之间是很强的共价硅氧烷键，足以抵御纸机剪切力的破坏。合成的ＣＰＡＭ具有４００—１５００万的相对分子量。研究结果表明，由ＣＰＡＭ和新的复合型阴离子聚丙烯酰胺硅熔胶组成的留着系统在当今现代化的夹网成形纸机的高剪切力条件下运行效果良好。而且硅熔胶技术的进步使得高速夹网成形纸机在应用淀粉一硅系统成为可能。随着我们更加深入的探索，在不远的将来复合型聚丙烯酰胺在采油系统的分子体系将会更加成熟，得到更广泛的应用！