CN1026183C - 粉剂甲叉基聚丙烯酰胺生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于丙烯酰胺聚合衍生物的生产方法，用于生产粉剂甲叉基聚丙烯酰胺。其主要技术特点是，采用高浓度，低温聚合，在聚合反应前，物料中添加硼酸和冰乙酸，并添加氮氚、乙二胺作速溶剂，氨水作助溶剂，引发聚合剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵，烘干温度控制在110℃以下。产品有效物含量在90%以上，分子量为300～500万，具有十分良好的水溶性。
Description
本发明涉及丙烯酰胺聚合衍生物的生产方法。
目前，甲叉基聚丙烯酰胺产品均为亲水性胶体溶液。其生产工艺为：将浓度10-15%的丙烯酰胺水溶液，经阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去杂质后，用水稀释至浓度为10%，按纯丙烯酰胺重量的0.5-0.7/万加入N.N′-亚甲基双丙烯酰胺;搅拌均匀后用硫酸将该混合液PH值调至6-7，再将该混合液送入间接加热式反应釜，通入氮气保护，以防氧化，加热过程中开启搅拌器，混合液温度达58℃时停止加热，加入引发聚合剂过硫酸铵，10分钟后停止氮气通入和搅拌，进入引发聚合过程，该过程为放热反应，浆液温度升至64℃时停止引发，将物料从反应釜放出，即得胶
体状甲叉基聚丙烯酰胺产品。该产品主要用于配制石油开采工艺中的压裂液，具有抗剪切稳定性好，流变性能好，破胶水化彻底及无残渣等优点，是较先进的压裂材料。但是，这种胶体状产品，其有效物质-甲叉基聚丙烯酰胺含量仅为10%左右，其余为水，而当有效物含量高于10%时，其溶解性能急剧下降，不利于施工时压裂溶液的配制，故胶状甲叉基聚丙烯酰胺的有效物含量只能在10%左右，产品所含90%左右的水进入包装、运输过程，显然造成了浪费，此外，生产厂家和用户库存量也相当大。配制压裂液时，劳动环境差，劳动强度大，工效低，由于需大量的清水冲洗包装罐，其洗液造成环境污染。近年来，许多人都研究生产粉剂甲叉基聚丙烯酰胺的工艺，以克服胶状甲叉基聚丙烯酰胺的上述不足，但遇到了两个困难，首先是：制造粉剂产品必然涉及蒸发掉胶状产品中的附水，一般采用烘干工艺，而该工艺会导致产品分子量的机械降解，从而严重影响产品质量和使用性能;第二是粉剂产品的水溶性能极差，粉剂产品加水溶解形成胶状甲叉基聚丙烯酰胺十分困难。鉴于上述两个技术难点，故目前仍未见到生产粉剂产品的报导。
本发明的目的是：提供一种粉剂甲叉基聚丙烯酰胺生产工艺，用该工艺生产的粉剂产品，其甲叉基聚丙烯酰胺含量在90%以上，分子量高，水溶性能好，从而有效地克服了胶状甲叉基聚丙烯酰胺的上述不足。
本发明的工艺方法，也是采用目前通用的将丙烯酰胺水溶液与N-N′甲基双丙烯酰胺加引发聚合剂引发聚合反应，生成胶状甲叉基聚丙烯酰胺后进行烘干和粉磨，其主要的技术特点是，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为20-40%（重量百分比浓度），目的是减少反应浆液在以后烘干工序中的蒸水量，用硫酸调正该溶液的PH值至5.0-7.0，所述N-N′-亚甲基双丙烯酰胺的添加量为丙烯酰胺纯重的0.3-0.8/万，为提高聚合产物的分子量，以补偿烘干工序中聚合产物分子量的机械降解，聚合反应前，添加硼酸和冰乙酸，其加入量分别为丙烯酰胺纯重的2-6%和0.5-6.0%，为确保最终粉状产品的水溶性能，聚合反应前物料中添加氮氚和乙二胺作速溶剂，其加入量分别为丙烯酰胺纯重的2-10/万和3-10/万，并加入助溶剂氮水，其加入量为4-10/万，以亚硫酸氢钠和过硫酸铵作引发聚合剂，单纯使用过硫酸铵作引发聚合剂仅在反应温度为50℃以上时效果较好，反应温度控制在50℃以下时，同时添加亚硫酸氢钠才能确保引发聚合的效果，亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量均匀丙烯酰胺纯重量的0.5-4.0‰，所述聚合反应的温度控制在4-33℃，为低温聚合，其目的也是提高聚合反应产物的分子量，以补偿烘干工序中分子量的机械降解，所述的烘干工序，其烘干温度控制在110℃以下，以避免聚合产物分子量大幅度机械降解。
所述丙烯酰胺水溶液的最佳浓度为27-32%（重量百分比浓度），上述溶液的ph值用硫酸调正至5.5-6.0为最好。
N-N′-亚甲基双丙烯酰胺的加入量，最好为丙烯酰胺纯重的0.5-0.6/万。
所述硼酸和冰乙酸的加入量。最好分别控制在丙烯酰胺纯重的3-4和1-3%。
所述氮氚和乙二胺的加入量。最佳范围分别为丙烯酰胺纯重的4-7/万和6-7/万，氨水的加入量最好为5-6/万。
所述的引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，最好均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。
所述聚合反应温度最好控制在15-20℃。
本发明的具体工艺方法详述如下：将浓度10%左右的丙烯酰胺水溶液，经浓缩塔将浓度提高到20-40%，然后用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去杂质，再将该溶液送入反应釜，用硫酸调正溶液的PH值至5.0-7.0，将溶好的N-N′-亚甲基双丙烯酰胺、硼酸、氮氚、乙二胺依次加入到反应釜内，其加入量（以下均按加入量与溶液中丙烯酰胺纯重量之比表示）：N-N′-亚甲基双丙烯酰胺0.3-0.8/万，硼酸2-6%，氮氚2-10/万，乙二胺3-10/万，将上述混合物料在反应釜内搅拌均匀，通入氮气保护15-20分钟，再加入氨水4-10/万，冰乙酸0.5-6.0%，然后将物料间接加热至4-33℃，再添加引发聚合剂亚硫酸氢钠0.5-4.0‰和过硫酸铵0.5-4.0%，搅拌均匀后关停搅拌，继续通氮气10-20分钟、以防氧化，聚合反应开始，半小时左右后，反应完成，物料送干燥机烘干，烘干温度在100℃以下，烘干后物料送粉磨机磨粉，粒度一般为60-80目，得
到最终产品并进行包装。
用本发明的工艺生产的粉剂甲叉基聚丙烯酰胺，外观为乳白色或微黄色粉末，其有效成分含量在90%以上，用粘度法测出的分子量为300-500万，溴化法测得的残留单体小于4.5%，溶解性能符合规定。
本发明的具体实施例详述如下：将浓度为10%左右的丙烯酰胺水溶液，经浓缩塔将浓度提高至30%，经阳离子交换树脂柱和阴离子交换树脂净化后泵入反应釜，开始搅拌，将重量为丙烯酰胺纯重0.5/万的N-N′-亚甲基双丙烯酰胺、5/万的氮氚，4%的硼酸，6/万的乙二胺，依次加入反应釜，开始搅拌，通入氮气15分钟，再加入5%的氨水和1.5%的冰乙酸，搅拌均匀后，加入1‰的亚硫酸氢钠和2‰的过硫酸铵，继续通氮气保护，两分钟后并闭氮气，开始引发聚合，浆液体积膨胀为原来的3-4倍，经35分钟将反应完成后的浆液送入捏合机内通入蒸汽、开始搅拌，蒸汽压控制在0.9Mpa，6小时完全烘干，再将烘干的物料冷却后送粉碎机粉磨至60-80目，即得产品，最后包装。
Claims (17)
1、粉剂甲叉基聚丙烯酰胺生产工艺，将丙烯酰胺水溶液与N-N′-亚甲基双丙烯酰胺加引发聚合剂引发聚合反应，生成胶体甲叉基聚丙烯酰胺，后进行烘干和粉磨，其特征在于：
A、所述丙烯酰胺水溶液的浓度为20-40%(重量百分比浓度)，该溶液用硫酸调正pH值至5.0-7.0，
B、所述N-N′-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为丙烯酰胺纯重的0.3-0.8/万，
C、聚合反应前，加入硼酸和冰乙酸，其加入量分别为丙烯酸胺纯重的2-6%和0.5-6.0%。
D、聚合反应前，加入速溶剂氮氚和乙二胺，其加入量分别为丙烯酰胺纯重的2-10/万和3-10/万，并加入助溶剂氨水，加入量为4-10/万。
E、引发聚合剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵，加入量均为丙烯酰胺纯重的0.5-4.0%。
F、所述聚合反应温度为4-33℃。
G、所述烘干工序的温度低于110℃。
2、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为27-32%（重量百分比浓度），该溶液用硫酸调正pH值至5.5-6.0。
3、按照权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述N-N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为丙烯酰胺纯重的0.5-0.6/万。
4、按照权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述硼酸和冰乙酸的加入量，分别为丙烯酰胺纯重的3-4%和1-3%。
5、按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述硼酸和冰乙酸的加入量，分别为丙烯酰胺纯重的3-4%和1-3%。
6、按照权利要求1或2或5所述的工艺，其特征在于，所述氮氟和乙二胺的加入量，分别为丙烯酰胺纯重的4-7/万和6-7/万，所述氮水的加入量为5-6/万。
7、按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述氢氟和乙二胺的加入量，分别为丙烯酰胺纯重的4-7/万和6-7/万，所述氨水的加入量为5-6/万。
8、按照权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述氮氚和乙二胺的加入量，分别为丙烯酰胺纯重的4-7/万和6-7/万，所述氨水的加入量为5-6/万。
9、按照权利要求1或2或5或7或8所述的工艺，其特征在于，所述引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。
10、按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。
11、按照权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。
12、按照权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。
13、按照权利要求1或2或5或7或8或10或11或12所述的工艺，其特征在于，所述聚合反应温度为15-20℃。
14、按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述聚合反应温度为15-20℃。
15、按照权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述聚合反应温度为15-20℃。
16、按照权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述聚合反应温度为15-20℃。
17、按照权利要求9所述的工艺，其特征在于所述聚合反应温度为15-20℃。
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