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“水包水”乳液是继凝胶、水溶液、干粉、反相乳液及反相微乳液后的新一代形态的聚丙烯酰胺(PAM)产品,具有生产安全,应用清洁方便、速溶且成本低廉的特点,是国内外水溶性聚合物领域研究的热点课题之一。
在本文中,以(NH4)2SO4和Na2SO4混合溶液作为介质、自制低分子量聚合物作为稳定剂,以(NH4)2S2O8、NaHSO3和VA-044组成的复合引发剂于25~50℃反应温度下,利用水介质分散聚合的方法,成功地制备了阴离子(APAM)、阳离子(CPAM)和疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)“水包水”乳液,乳液有较好的流动性(180~1000mPa·s)和稳定性(>30d);并利用光学显微镜观察粒子形态,发现在一定合成条件下可以达到较好的粒子形态,粒径均在1~10μm以内;最终聚合物分别利用粘度法和凝胶色谱分析两种方法进行特性粘数及重均分子量的表征;此外,HAPAM的分子结构也采用了FT-IR、TG(DTG)、IC和TG-IR联用等表征手段进行了表征,结果证明了HAPAM分子链中疏水基团的存在。
在现有成核机理的基础上,本文提出了凸显稳定剂和无机盐作用的成乳机理,并利用成乳过程体系透光率的变化对其做了证明;此外,本文还研究了疏水单体含量、疏水基团侧链长度、无机盐浓度、氮气流量和链转移剂浓度对成乳、特性粘数、粒子形态及粒径和转化率的影响。
经过对溶解过程的观察,提出了“水包水”乳液的“破乳”机理和速溶机理。同时测定了不同链长HAPAM“水包水”的溶解速度,发现均可以在180s内溶解完全;研究“水包水”乳液和HAPAM水溶液原液流变性能后发现疏水单体对二者流变性能都有一定影响;通过对贮存稳定性的考查后发现在无机盐浓度为27%~28%范围内稳定性最好,其表观粘度在30d后均不发生或者仅有微小增加。
初步研究了“水包水”乳液在油田等领域的应用。首先,“水包水”乳液做为絮凝剂和除油剂对油田污水进行处理,经过烧杯和现场实验对比,发现在相同的加药量下与油田应用主流产品效果相当或者较优;经过现场海水稀释APAM后交联体系在海上堵水调剖作业的探索,验证了其应用的便利性,并得到了井组平均日增油14.6吨,含水平均下降4.1%的良好效果。