摘要：悬浮聚合物是一种利用具有自主知识产权的引发剂、交联剂、催化剂和聚合方法生成的具有调剖和驱油两种功能的的聚丙稀酰胺。具有溶解性好、吸水性强和形变能力大的优点。通过实验室聚合模拟试验，分析了不同交联剂的优缺点，考察了制备过程中影响聚合物膨胀倍数、膨胀强度的各种因素，对聚合反应制备工艺和聚合配方进行了深入研究，优化聚合反应条件，开发出稳定的悬浮聚合物聚合配方。所制备的产品外观上呈白色透明颗粒状，溶胀于水后呈无色、透明弹性颗粒状，颗粒柔软，变形能力强。
　　关键词：悬浮聚合物；交联；膨胀倍数；聚合机理。
　　
　　
　　前言
　　随着油田的不断开采，油田已进入高含水期开采阶段，因注入水沿地层中高渗透段突进，使得油井含水迅速上升，油量大幅度下降。采取注水井调剖、油井堵水等措施是提高最终采收率的有效措施之一。悬浮聚合物是一种遇水膨胀形成分散状态的可变弹性体，流动遵循最小流动阻力原则，在通过不同孔径的孔道时，可以收缩体积直接通过，进入地层深部，并在其中膨胀，达到封堵的目的，大幅度降低所波及范围内岩石的绝对渗透率，使其吸水能力降低，提高注入水波及体积系数，改善油井出油剖面，控制油井含水率上升。本文从悬浮聚合物的制备工艺和聚合配方两方面对悬浮聚合物的制备方法进行实验研究。
　　一、制备工艺
　　能够生产悬浮聚合物的工艺技术有溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。
　　1.1溶液聚合
　　以丙烯酰胺单体为原料，脱盐水做溶剂。在一定的初始温度下，首先催化剂释放自由基，随着丙烯酰胺链引发、链增长的进行，自由基逐渐被消耗，最后由链转移剂终止反应。
　　第一步反应方程式为：
　　nCH2CHCONH2→ —[—CH2—CH—]—n
　　
　　CONH2
　　第二步反应：聚合反应得到的长链聚丙烯酰胺在一定温度下， 通过交联剂释放活性中心，发生交联反应。
　　从近期的研究成果看，该工艺取得了较大的进展，产品质量有了明显提高。
　　1.2悬浮聚合
　　该聚合方法以丙烯酰胺为原料，有机溶剂为溶剂，需要加入悬浮剂，聚合体系在一定的条件下发生自由基聚合反应，最后得到颗粒状的聚丙烯酰胺产品，但因对生产时的工艺条件要求较高，增加了产品的运输和储存量，在生产过程中需用大量的有机溶剂等，该技术受到制约。
　　1.3 乳液聚合
　　乳液聚合是将单体按一定比例加入油相中，在乳化剂的作用下形成油包水型乳液，丙烯酰胺单体在此环境中进行聚合反应，与悬浮聚合相比，生产出的颗粒更加细小。因此，乳液聚合的限制更大。
　　通过对比不同工艺，结合现有技术和设备，我们综合分析认为，采用溶液聚合工艺生产悬浮聚合物，能够生产出膨胀强度、膨胀倍数均符合质量标准要求的悬浮聚合物产品，并以此作为研究的目标和方向。
　　二、配方研究
　　在原有溶液聚合技术基础上，我们通过化工动力学原理和实验室模拟实验，对聚合反应条件、催化剂体系进行研究，开发悬浮聚合物配方。
　　2.1聚合反应条件的研究
　　我们对合成过程中初始温度、单体浓度、溶液PH值等反应条件进行了实验研究，确定了最佳操作条件。
　　2.1.1初始温度
　　化工动力学认为反应速度常数与温度符合阿伦尼乌斯公式
　　
　　对丙烯酰胺聚合反应， 约为20KJ/mol。
　　 ＞0
　　由此可见，聚合速度会随温度升高而明显加快，温度升高10℃，聚合速度大约升高3倍多。
　　聚合物分子量随温度升高而下降，这主要是由于链引发反应的活化能较高，温度升高使链引发反应速度增加比链增长反应速度要快得多，体系中自由基浓度升高，因而表现出聚合度下降，导致产品交联度下降。实验结果表明起始温度为0℃效果最佳。
　　2.1.2单体浓度
　　我们对降低单体浓度的反应进行了研究。试验发现，降低浓度整个反应速度明显减慢，而聚合放热达不到交联剂分解温度，致使交联反应不完全。实验结果表明反应浓度为25%最佳。
　　2.1.3 PH值
　　在丙烯酰胺聚合时，介质PH值增高，反应速度加快，导致膨胀强度降低。介质PH值较低，聚合易伴生分子间和分子内的亚酰胺化反应，形成支链和交联型产物，而交联剂却没有完全参与交联反应。PH为6时的聚合效果最好，产品质量最佳。
　　2.2引发体系
　　复合引发体系可以适当控制引发速度，在生成适当的长链聚合物分子后即发生交联反应，有效地提高产品的质量。对引发剂体系进行实验，调整各催化剂种类和用量，优选最佳引发剂体系。实验结果表明，新引发体系具有较高的引发活性，且交联效果良好。
　　2.3不同交联剂的研究
　　研究中我们发现不同的交联剂对产品的影响也不同。 实验结果表明，以HA做交联剂其产品交联虽然强度大，但是反应时间长，并且胶体软；而以GB做交联剂其产品交联强度适中，产品质量比较好。
　　三、 结果探讨
　　通过大量的室内试验，确定出悬浮聚合物的最佳聚合配方，其反应参数是： 反应浓度 25%，温度 0℃，PH值6，吹氮时间50min，加剂时间5min。
　　由于在聚合过程中有效地控制了分子间的空间尺寸，制备的产品遇水部分溶解、部分溶胀。溶解的溶液具有较强的携带能力，溶胀的颗粒具有较强的弹性形变能力和伸缩性，其可在高渗透层的孔隙结构的喉部通过变形产生封堵层，起到调剖作用。由于具有较好的强度，在较强的机械剪切和污水环境下，分子不易破碎，从而延长了调剖的有效期，在油田的三次采油中具有良好的应用前景。
　　参考文献
　　[1]张新平等著，《有关国内聚丙烯酰胺技术的研究》，1997：6—8页
　　[2]高青雨、张福莲等著，高分子学报，1994，3：369頁
　　[3]赵徳仁、张蔚盛等著，《聚合物合成工艺学》，1997：44页