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1 、化學(xué)結(jié)構(gòu)
聚丙烯酰胺 (PAM) 是由丙烯酰胺 ( 單體 ) 引發(fā)聚合而成的水溶性鏈狀聚合物。它不溶于汽油、煤油、苯等有機(jī)溶劑。由于聚丙烯酰胺在水中不解離，所以它的鏈節(jié)在水中不帶離子，是一種非離子型聚合物。
由于聚丙烯酰胺鏈節(jié)上不帶電荷，分子在溶液中容易卷曲，其增粘能力較差。鏈節(jié)中的— CONH 2 基團(tuán)又具有孤電子對(duì)，在地層中被孔隙表面吸附量較大。因此，它不是一種很好的流度控制劑。
聚丙烯酰胺 (PAM) 與堿反應(yīng)即生成部分水解聚丙烯酰胺。
部分水解聚丙烯酰胺在水中發(fā)生解離，產(chǎn)生－ COO - 離子，使整個(gè)分子帶負(fù)電荷，所以部分水解聚丙烯酰胺為陰離子型聚合物。由于部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上有－ COO - ，鏈節(jié)上有靜電斥力，在水中分子鏈較伸展，故增粘性好。它在帶負(fù)電的砂巖表面上吸附量較少，因此，是目前最適合于流度控制的聚合物。
2 、 HPAM 在水溶液中的分子形態(tài)
HPAM 分子是柔性鏈結(jié)構(gòu)，在高分子化學(xué)中有的被稱為無規(guī)線團(tuán)。實(shí)際上，水解聚丙烯酰胺不像黃原膠的螺旋結(jié)構(gòu)那樣具有剛性結(jié)構(gòu)。但像黃原膠一樣， HPAM 是聚電解質(zhì)，因此它與溶液中的離子會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。然而，由于水解聚丙烯酰胺鏈?zhǔn)侨嵝缘?，它可能更加容易受到水溶劑的離子強(qiáng)度的影響，因此，其溶液性質(zhì)對(duì)鹽度 / 硬度比黃原膠更加敏感。
3 、聚丙烯酰胺的合成
從石油裂解得到的丙烯出發(fā)制造聚丙烯酰胺的過程包括合成丙烯晴、合成丙烯酰胺、合成丙烯酸、聚合等。
(1) 丙烯晴的合成
目前工業(yè)上普遍采用氨氧化法，此法對(duì)丙烯的純度要求不高，反應(yīng)生成乙睛、丙烯醛、氫胺酸等易分離和可綜合利用的副產(chǎn)品。
(2) 丙烯酰胺的合成
作為丙烯酰胺早期合成技術(shù)的硫酸水合工藝已基本淘汰，現(xiàn)在工業(yè)上廣泛采用了骨架銅催化水合法。
(3) 丙烯酸的合成
盡管有些工廠仍然沿用丙烯晴水解之類的工藝生產(chǎn)丙烯酸，但是從 20 世紀(jì) 80 年代開始建立的新工廠都采用丙烯氧化工藝。
(4) 聚合
丙烯酸與丙烯酰胺可以通過熱、引發(fā)劑、 g 射線輻照等引發(fā)聚合。部分水解聚丙烯酰胺也可以通過共聚制得。
4 、聚丙烯酰胺的形態(tài)
聚丙烯酰胺在不同的生產(chǎn)工藝條件下，可制成三種物理形態(tài)：干粉、乳液和水溶液。不同產(chǎn)品形態(tài)有著不同的物性指標(biāo)及儲(chǔ)運(yùn)和使用條件，在實(shí)際使用中，不同形態(tài)的產(chǎn)品各有利弊。表 9-1 為不同形態(tài)的聚丙烯酰胺產(chǎn)品應(yīng)用性能對(duì)比結(jié)果。
(1) 水溶液產(chǎn)品的聚合物固含量低，適用于就地生產(chǎn)就地使用。它可以免除干燥和造粒工藝，降低成本。
(2) 乳液產(chǎn)品為外觀粘稠的白色液體，表觀粘度約為 250mP a · s ，在顯微鏡下觀測(cè)到聚丙烯酰胺以固體微粒分散于輕質(zhì)礦物油中，粒徑為 1~2 m m 。從分散體系的分類而言，它是一種懸浮液，屬于不穩(wěn)定體系，當(dāng)環(huán)境溫度高于 30 ℃，易于發(fā)生沉淀結(jié)塊而無法使用。體系的凝固點(diǎn)為 -10 ℃，凝固后為冰糕狀，再次融為液體后，仍能呈現(xiàn)出均勻的懸浮液，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響。乳液狀產(chǎn)品的突出優(yōu)點(diǎn)是溶解速度快，不需要專門配液裝置，可直接用高壓計(jì)量泵加入注水管線，經(jīng)混合器與水混合，并在流動(dòng)過程中充分溶解，但其有效含量不高，低于 50% 。
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