一种低粘度两性聚丙烯酰胺及其制备方法

1.本发明涉及油田化学技术领域，具体为一种低粘度两性聚丙烯酰胺及其制备方法。


背景技术：

2.丙烯酰胺作为最基础的化学工业原料之一，被广泛应用于各个行业，然而随着社会的需求不断增多，传统的丙烯酰胺已经不能满足社会的要求，因此通过化学改性的丙烯酰胺衍生物也被大量用于市场，主要包括聚丙烯酰胺，部分水解聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺等，这些的聚合物的出现拓宽了丙烯酰胺的应用。毛国梁,吴韦,江洋,娄清香,黎钢在大庆石油学院学报,2003(01):26
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28+111
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112上发表的论文《(2
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甲基丙烯酰氧基
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β
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羟丙基)三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚反应的竞聚率》中提到分子链上带有正电基团的阳离子聚合物可广泛应用于石油、纺织、印染、环保、造纸等行业中。发明专利cn201410770899.5公开了“一种高相对分子质量丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵类阳离子单体均聚物的制备方法”，其通过聚合反应制备了高分子量的阳离子聚合物，增加了聚丙烯酰胺的应用。中国发明专利cn201910817642.3公开了“一种部分水解聚丙烯酰胺弱凝胶及其制备方法”，其通过引入了阴离子纤维素降低了部分水解聚丙烯酰胺凝胶的成胶时间，增加了抗盐性、分散性等。
3.尽管目前的丙烯酰胺类物质种类较多。但是在解决油田的远井调剖堵水问题和污水处理问题上已经存在着不足。通常油田上采用的是堵水剂是聚丙烯酰胺类凝胶，它具有粘度大，成胶快，强度高的特点，但是在远井调剖堵水上需要粘度小易注入，成胶时间慢的凝胶堵剂，因此常用的丙烯酰胺类物质不能满足要求。同时在污水处理中，单一的离子型聚丙烯酰胺聚合物由于吸附性差难以将污水的各种重金属离子处理干净，采用两性聚丙烯酰胺类聚合物效果会更好，然而目前在这聚丙烯酰胺分子上同时引入阴离子和阳离子基团的研究较少，因此通过对丙烯酰胺聚合后水解和引入季铵盐阳离子对于丙烯酰胺的应用有着重要意义。


技术实现要素：

4.本本发明的目的提供了一种低粘度两性聚丙烯酰胺(lhpam)的制备方法，本发明的低粘度两性聚丙烯酰胺是粘度低、吸附性强，成胶时间较长的聚合物，可以用来解决油田中的调剖堵水问题和污水中的重金属污染问题。
5.为实现上述目标，本发明的技术方案如下：
6.一种低粘度两性聚丙烯酰胺，由丙烯酰胺在引发剂作用下聚合生成聚丙烯酰胺，然后将聚丙烯酰胺在碱性条件下水解后与3
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氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵单体反应生成；按质量计，引发剂加量为丙烯酰胺加量的的2％～10％；3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵加量为丙烯酰胺加量的5％～20％。
7.一种上述低粘度两性聚丙烯酰胺lhpam的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、将丙烯酰胺和引发剂一起加入水中溶解,溶解后放入水浴锅中加热生成聚丙烯酰胺溶液；
9.s2、在s1制备的聚丙烯酰胺溶液中加入碱然后加热水解生成部分水解聚丙烯酰胺溶液；
10.s3、在s2制备的部分水解聚丙烯酰胺溶液中加入碱性试剂和3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵,加热反应生成含有杂质的两性聚丙烯酰胺混合溶液；
11.s4、向s3制备的含有杂质的两性聚丙烯酰胺混合溶液加入酸性试剂调节溶液ph至中性,加入醇类絮凝剂絮凝,沉淀物经抽滤烘干后得到低粘度两性聚丙烯酰胺。
12.进一步，步骤s1中所述丙烯酰胺溶液的质量浓度为5％～10％，所述引发剂为过氧化物引发剂、氧化还原引发剂的一种或者多种。所述过氧化物为过硫酸铵或过硫酸钾。
13.进一步，步骤s2中，所述生成聚丙烯酰胺的反应温度为50～60℃，反应时间30～60min。
14.进一步，步骤s2中所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或者多种。以质量计，所述碱的加量为所述丙烯酰胺加量的5％～20％。经测定,当所述丙烯酰胺溶液的质量浓度为5％～10％时，加入5％～20％丙烯酰胺加量的碱后，溶液ph值为12～14。
15.进一步，步骤s3中，反应温度为80～90℃，反应时间30～60min。
16.进一步，步骤s3中所述碱性试剂为氢氧化钠、氢氧化钾等中的一种或者多种，向部分水解聚丙烯酰胺溶液中加入碱性试剂后主要先和3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵反应，其反应产物再和水解聚丙烯酰胺反应。按质量计，所述碱性试剂加量为所述丙烯酰胺加量的2％～10％。
17.进一步，所述步骤s4中，反应温度为45～60℃，反应时间15～18h。
18.进一步，步骤s4中所述酸性试剂为乙酸、盐酸、硫酸中的一种或多种，所述絮凝剂为乙醇、丙醇中的一种或多种，所述絮凝剂的体积用量为溶液总体积的3～5倍。酸性试剂主要是除去多余的碱，调节ph至7左右，絮凝剂是将溶液中的lhpam提取出来，絮凝剂用量较少不易于提取。
19.有益效果：本发明是在部分水解聚丙烯酰胺分子上引入阳离子，从而合成了一种两性聚丙烯酰胺。与现有的其他聚丙烯酰胺改性技术相比，其优越性在于作为了聚合物降低了聚丙烯酰胺的粘度，作为污水处理剂增加了它的吸附性，同时作为凝胶堵剂使用时解决了远井调剖堵水问题。
附图说明
20.图1是hpam和lhpam的红外对比图；
21.图2是不同浓度下hpam和lhpam的粘度对比图；
22.图3是60℃下不同时间段的lhpam和hpam的粘度对比图。
具体实施方式
23.下面将结合实例对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.本实施例中的3
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氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵溶液中3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵
的质量浓度为60％。
25.下面结合实施例对本发明作进一步描述：
26.实施案例1低粘度两性聚丙烯酰胺(lhpam)的制备方法
27.(1)lhpam的合成，具体步骤如下
28.步骤1、将5g的丙烯酰胺倒入95g纯水中，完全溶解后加入0.1g的过硫酸铵；
29.步骤2、将含有溶液的烧杯放入60℃的水浴锅中,反应30min后加入0.5g的氢氧化钠；
30.步骤3、调节温度至90℃，搅拌反应60min得到部分水解聚丙烯酰胺(hpam)，然后加入0.5ml 3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵和0.1g氢氧化钠；
31.步骤4、在50℃下反应18h后，最后加入盐酸调节溶液ph至中性；
32.步骤5、使用3倍体积的无水乙醇进行絮凝，抽滤烘干粉碎后得到聚合物lhpam。
33.经过测定，hpam和lhpam的红外对比图如图1所示，经过对比可以发现在，在1454cm
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1处出现了三甲基季铵盐(—n+(ch3)3cl
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1)的特征吸收峰，为c—n键伸缩振动的吸收峰，在1565cm
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1处的峰是由仲酰胺n
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h弯曲振动引起的，表明了n
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h已经被n
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r所取代，因此证明了lhpam已经合成成功。
34.对比了在常温和60℃下不同浓度下的hpam与lhpam的粘度，结果如图2所示，结果发现，常温下lhpam的粘度大于hpam，在60℃下，lhpam的粘度小于hpam。
35.在60℃下观察持续观察lhpam和hpam的粘度变化，结果如图3所示，结果发现，初始时，hpam的粘度小于lhpam，1d后lhpam粘度小于hpam的粘度，且lhpam的粘度下降速度远高于hpam的下降速度。
36.性能测试1lhpam与hpam作为凝胶堵剂的应用对比
37.lhpam与hpam作为凝胶堵剂的实施步骤：
38.(1)分别配置1％、2％、3％、4％、5％浓度的lhpam与hpam溶液，在60℃下放置一段时间；
39.(2)将0.96g乙酸钠和2.7g氯化铬配置成20g的醋酸铬溶液，在60℃下放置一段时间；
40.(3)按照0.2％的铬离子浓度加入不同浓度的lhpam与hpam溶液，分别放置在30℃、60℃、90℃下，观察其成胶时间。lhpam与hpam溶液成胶时间对比见表1。从表1中可以看出，lhpam的成胶时间大于hpam的成胶时间，并且随温度升高成胶时间越来越缓慢，随着粘度降低成胶时间越来越长，在浓度1％时，lhpam与hpam都不成胶。
41.表1 lhpam与hpam溶液成胶时间对比表
42.43.性能测试2 lhpam与hpam作为污水处理剂的应用对比
44.实施步骤如下：
45.(1)配置50ml0.5％的醋酸铬溶液；
46.(2)向醋酸铬溶液中分别加入10滴3％浓度的lhpam与hpam溶液，搅拌均匀后观察溶液的颜色变化。实验结果见表2，从表2中可以看出，lhpam具有较强的吸附性，能吸附水中的重金属离子，hpam基本上不能吸附金属离子。
47.表2 lhpam与hpam絮凝效果对比表
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本发明在上文已优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描述本发明，而不应理解为限制本发明的范围。在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护。