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《陕西科技大学》 2019年
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阳离子聚丙烯酰胺(PAM-DMC)的分散聚合及共聚物结构性能研究

王慧  
【摘要】:阳离子聚丙烯酰胺在造纸、水处理、采油、化学技术等方面被大量使用,其不同的制备方法和共聚物构性研究成为学术界的关注热点。本文选用分散聚合制备高分子量阳离子共聚物,在特殊分散剂的作用下,形成水包水型阳离子聚丙烯酰胺乳液,其具有较高的分子量和阳离子度。在水中呈胶束状态,形成粒径细小和稳定的高分子乳液,在使用时,可以用水分散开来,形成高分子粘液。在油田领域,聚合物可以作为增稠剂、减阻剂、压裂液等的主要成分,与油相溶剂相比,环保型绿色化学产品减少了二次处理问题。这种分散聚合具有反应过程较简单、成本较低、污染少、反应易于控制且聚合物性能较好等特点。目前,分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺虽有较多研究报道,但多年来一直未见形成产品。本文在以硫酸铵(NH_4)_2SO_4水溶液为分散介质的体系中,选择二乙二醇丁醚(DBG)为分散剂,丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)作为反应的聚合单体,在引入过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂的条件下,通过使用分散聚合的制备方法得到阳离子型聚丙烯酰胺(PAM-DMC)共聚物。通过单因素实验,探究了分散剂种类及用量、单体种类及用量、聚合时间、聚合温度、pH值、引发剂用量、分散介质硫酸铵含量、以及分散聚合过程中单体质量分数对产物特性的影响。研究表明:当反应温度为40℃,分散剂二乙二醇丁醚用量为10%,引发剂体系(亚硫酸氢钠-过硫酸铵)为0.02%,pH=6~7,DMC为6%,反应时间为6h,m(AM):m(DMC)=5:1,硫酸铵含量20%,单体总量为20%的条件下,可获得分散性及稳定性均较好的分散液,此时聚合物粘度和转化率最佳。在该实验中,共聚物PAM-DMC的结构通过傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、SEM、X-射线衍射(XRD)和核磁共振波谱仪(~1H-NMR)表征。共聚物PAM-DMC为无定形态的非结晶分子,其共聚物的分子结构与其目标产物结构一致。对共聚物PAM-DMC的分散液进行粒径分析及透射电镜测试可知,在分散介质中是以粒径大约为100~500nm的球形或椭球形颗粒均匀分布,平均粒径为198.6nm,。通过热重分析仪测试得到共聚物PAM-DMC具有良好的受热性能。使用Turbiscan Lab稳定性分析仪测试PAM-DMC分散液的稳定性,以获得动力学不稳定指数(TSI)≤0.13。当共聚物PAM-DMC聚合物浓度为5%时,在90℃的条件下,控制剪切速率为170s~(-1),体系的表观粘度可达30mPa·s,表明该聚合物具有良好的耐热性能。随着温度的上升,溶液中的硫酸铵加剧热运动,表现出良好的耐温性能。在25℃条件下,分散液在水中溶解较快,加入氯化钠与硫酸铵相互作用,产生的静电屏蔽效果弱于常用的高分子聚合物,因此具有良好的耐盐性。结果显示:3%的共聚物PAM-DMC分散液清水粘度为120mPa·s,10000ppm的NaCl溶液中粘度为57mPa·s,盐水保持率为47.5%。利用紫外分光光度计(UV)对合成的共聚物PAM-DMC的絮凝性能进行测试,得到当分子量为0.85×10~6时,聚合物的絮凝率达到最大值,此时聚合物的溶解时间为156min、阳离子度为7.59%,特性粘度98mPa·s。
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1 王慧;阳离子聚丙烯酰胺(PAM-DMC)的分散聚合及共聚物结构性能研究[D];陕西科技大学;2019年
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