CN104927068B

CN104927068B - 用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂

Info

Publication number: CN104927068B
Application number: CN201410097859.9A
Authority: CN
Inventors: 苏智青; 夏燕敏; 蔡红; 于志省; 宋晓芳; 许汇; 王兰; 朱益兴
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN104927068A

Abstract

本发明涉及用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂，主要解决现有技术中的分散剂采用煤油不环保不安全的问题，本发明通过采用用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂，以重量份计，包括如下组分：（1）10份的聚乙二醇；（2）4～25份的水；（3）0～1份的表面活性剂的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的工业生产中。

Description

用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂

技术领域

本发明涉及用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂，具体的涉及一种能用于丙烯酰胺水溶液聚合产物凝胶造粒过程中的水溶性分散剂。

背景技术

水溶性高分子聚丙烯酰胺被广泛用于造纸、水处理及油田化工等方面，尤其是随着能源危机的加剧，对作为三次采油用的重要驱油剂聚丙烯酰胺有着大量的需求。现有生产工艺中，聚丙烯酰胺多采用水溶液聚合，聚合产物为水凝胶，需要造粒烘干粉碎等工艺才能包装出售。聚丙烯酰胺凝胶比较容易粘结，在烘干过程中，容易结块抱团，不利于烘干效率的提高，同时也会粘结在烘干设备如震动流化床上等，造成操作不便。

因此，现有工艺中多数采取在造粒后加入分散剂来使得凝胶颗粒呈松散的不粘连状态。传统方法中，分散剂主要采用煤油调和少量油酸等表活剂等配制，这种分散剂对于凝胶颗粒分散效果较好，可以有效提高烘干效率，防止颗粒粘连。但是这种分散剂由于需要大量的煤油，而在烘干过程中，煤油会随着烘干的进行而挥发进入大气中，造成严重的环境污染，同时大量的煤油蒸汽也使得烘干过程中存在严重的安全隐患。对于含有疏水缔合结构的聚合物而言，作为分散剂组成重要部分的表面活性剂的引入也会对聚合物溶液的性能产生影响，不利于实际应用。

针对以上情况，有文献报道了通过加入部分水替代煤油，进而得到的一种通过肥皂配制成一种含水30%的复合分散剂，这种分散剂可以降低煤油的用量，降低成本、减少环境污染。（赵普春，胶体聚合物造粒用分散剂研究[J]，西南石油学院学报，2004：26（1）68-70.）但是这种复合型分散剂还是要采用大量的煤油，因此仍未解决根本性问题。

传统意义上的分散剂主要用于两个方面，一是在溶液中为了稳定非均匀的粒子结构进而形成稳定的悬浮体的分散剂，如在悬浮聚合、农药、涂料等方面应用脂肪酸类、石蜡类、金属皂类或者低分子腊类等。对于水溶液体系的稳定性改善方面聚乙二醇也被用于分散剂和增溶剂，但是通过增加溶液粘度进而改善溶液稳定性作用的分散剂与为了使得固体的聚丙烯酰胺类凝胶粒子不黏结的分散剂有本质的不同，不属于同一个应用范畴。

对于用于类似固体粒子的固-固界面之间的分散剂或者称为防粘剂的研究中，主要思路都是通过添加跟固体粒子不相混溶的物质，形成保护膜进行隔离，或者是通过可以粘附在固体粒子表面的颗粒进行物理隔离来起到防粘的效果，如在食品生产中对糖类通过在外层包裹固体粉末来起到防粘的作用。但是现有的技术中，对于水溶性聚合物的凝胶，尤其是对聚丙烯酰胺类凝胶，由于考虑到后期产品需要溶解在水溶液中作为驱油剂等应用，不溶于水的固体颗粒作为防粘剂的思路则无法实施，而可溶于水的固体颗粒则会在加入凝胶后吸收凝胶中的水分失去防粘的效果，因此聚丙烯酰胺类水凝胶的防粘现有技术是采用与水不混溶的烃类溶剂复合一定量表面活性剂使用。因此在聚丙烯酰胺类凝胶的生产过程中，作为防粘剂使用的大量有机溶剂成为必不可少的部分，大量的有机溶剂随着烘干进入大气中，造成的经济成本、环境污染和安全隐患均是现有聚丙烯酰胺类凝胶用分散剂重要的缺点。

考虑更为环保的聚丙烯酰胺凝胶用分散剂，水是溶剂中最廉价环保的溶剂，但是由于聚丙烯酰胺类聚合物强的吸水性，普通的水溶液由于均可被聚丙烯酰胺凝胶吸收，凝胶溶胀造成更为严重的粘结。因此现有的思路中还没有能用任何一种水溶液来作为聚丙烯酰胺类水凝胶颗粒之间的防粘剂使用的方法。开发一种能替代烃类有机溶剂的水溶液作为聚丙烯酰胺类凝胶的防粘剂，将有重要的经济、环保的意义。

本发明开发了一种可用于聚丙烯酰胺凝胶造粒中的水溶液型分散剂，该分散剂由水及水溶性高分子组成，根据聚丙烯酰胺凝胶类型的不同可以复配不同的表面活性剂。该分散剂中不含低沸点的有机溶剂，安全环保，同时由于使用的溶剂只是水，因此也有较强的经济优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂，该分散剂具有安全环保、价格低廉的特点。

本发明要解决的技术问题之二是采用上述技术问题之一所述分散剂的由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的方法。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：用于由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的分散剂，以重量份计，包括如下组分：

（1）10份的聚乙二醇；

（2）4～25份的水；

（3）0～1份的表面活性剂。所述表面活性剂优选乙氧基化型非离子表面活性剂。

上述的技术方案中，所述的表面活性剂优选自式（I）所示的表面活性剂中的至少一种；其中R₁为C₁₀～C₁₈的烃基，n＝5～20。

R₁O(CH₂CH₂O)_nH 式（I）

上述技术方案中，所述的表面活性剂优选自式（II）和/或式（III）所示的表面活性剂；其中R₂为C₁₀～C₁₈的烷基，m＝5～10；R₃为C₇～C₁₀的烷基，r=5～20。这些表面活性剂的例子有但不限于AEO5（C_12～14醇聚氧乙烯醚（5））、AEO7（C_12～14醇聚氧乙烯醚（7））、AEO9（C_12～14醇聚氧乙烯醚（7））、OP7（辛基酚聚氧乙烯醚(7)）、OP10（辛基酚聚氧乙烯醚(10)）、OP5（辛基酚聚氧乙烯醚(5)）、OP20（辛基酚聚氧乙烯醚(20)）。

R₂O(CH₂CH₂O)_mH 式（II）

上述技术方案中，所述的聚乙二醇的数均分子量优选为2000～30000，更优选5000～20000。

本发明所述的分散剂的制备没有特别之处，只要按照所需组分混合成溶液即可。

为了解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的方法，包括如下步骤：

（i）聚丙烯酰胺凝胶造粒得到凝胶颗粒；

（ii）所述凝胶颗粒与技术方案1至5中任一项所述分散剂混合均匀；

（iii）干燥；

（iv）粉碎得到所述聚丙烯酰胺粉末。

上述技术方案中，步骤（ii）中分散剂用量优选为凝胶颗粒用量的1～10wt%，更优选为3～8wt%。

上述技术方案中，所述的聚丙烯酰胺优选为非离子型聚丙烯酰胺或阳离子型聚丙烯酰胺，步骤(ii)所述的分散剂中所述表面活性剂的份数优选为0份。

上述技术方案中，所述的聚丙烯酰胺优选为阴离子型聚丙烯酰胺，步骤（ii）所述的分散剂中表面活性剂的重量份数优选大于0份且小于等于1份。

上述技术方案中，所述的聚丙烯酰胺凝胶优选通过水溶液聚合的方法得到。所述的聚丙烯酰胺优选占聚丙烯酰胺凝胶的15～30wt%，更优选20～25wt%。

分散剂分散效果的评价方法是，将聚丙烯酰胺凝胶颗粒与分散剂混合，干燥，粉碎，过筛，以通过32目泰勒标准的颗粒重量百分比作为衡量分散效果的指标，这个百分比越大，表示分散剂的分散效果越好。实验结果表明，采用本发明的分散剂，通过32目泰勒标准的颗粒重量百分比可达74%以上，而不使用分散剂时通过32目泰勒标准的颗粒重量百分比仅为56.32%。

采用本发明的分散剂由于采用了水为溶剂，摒弃了传统聚丙烯酰胺凝胶分散中的大量烃类溶剂如煤油等，具有环保和安全的优点，同时这种水溶液分散于聚丙烯酰胺凝胶中后能使得凝胶颗粒不粘连，能有效分散使得造粒烘干过程可以顺利完成。采用本发明所述的分散剂分散后的聚丙烯酰胺凝胶颗粒分散均匀，无粘连结块现象，与烘干设备中的不锈钢部件无粘连，可以在震动流化床等设备上运移进行烘干，并且由于聚乙二醇在温度较高时有一定的粘性，本发明所述的分散剂加入后的凝胶颗粒烘干后粉碎的过程中可以有效抑制粉尘的产生，改善操作环境。以分散剂添加量为胶体的3%来计算，年产一千吨的聚合物粉末生产线，采用本发明所述的分散剂，每年可以约可较少向大气中排放煤油蒸汽80t，可以作为有效的减排手段。

以下通过具体实施例对本发明进行进一步的说明。

具体实施方式

实施例和比较例中的聚丙烯酰胺凝胶均采用水溶液聚合的方法得到。

【实施例1】

自制合成聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺占聚丙烯酰胺凝胶23wt%，剪切成粒径为2-4mm的凝胶颗粒，凝胶颗粒之间相互粘连，结块。

配制聚乙二醇水溶液（PEG-20000），浓度40wt%作为体系的分散剂，分散剂相对凝胶的加入量为3wt%，将分散剂加入凝胶颗粒中，通过搅拌分散均匀。凝胶分散均匀，凝胶颗粒相互之间不粘连。在鼓风烘箱中90℃下烘干1.5h，固含量已经达到92.89wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的74.31%，说明本实施例中的分散剂能有效防止粒子粘并，使得烘干所得粒子干燥程度均匀。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

【实施例2】

自制合成聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺占聚丙烯酰胺凝胶25wt%，所述聚丙烯酰胺中含有2wt%的阳离子聚丙烯酰胺衍生物共聚单体（二甲基二烯丙基氯化铵）单元，将剪切成粒径为2-4mm的凝胶颗粒，凝胶颗粒之间相互粘连，结块。

配制聚乙二醇水溶液（PEG-6000），浓度50wt%作为体系的分散剂，分散剂相对凝胶的加入量为3wt%，将分散剂加入凝胶颗粒中，通过搅拌分散均匀。凝胶分散均匀，凝胶颗粒相互之间不粘连。在鼓风烘箱中90℃下烘干1.5h，固含量已经达到91.28wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的71.80%，说明本实施例中的分散剂能有效防止粒子粘并，使得烘干所得粒子干燥程度均匀。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

【实施例3】

自制合成聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺占聚丙烯酰胺凝胶20wt%，其中含有共聚单体（十四烷基-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸）单元含量占聚丙烯酰胺1wt%。将凝胶剪切成粒径为2-4mm的凝胶颗粒，凝胶颗粒之间相互粘连，结块。

配制聚乙二醇水溶液（PEG-20000），浓度40wt%，加入占聚乙二醇水溶液3wt%的AEO-5，得到分散剂。分散剂相对凝胶的加入量为3wt%，将分散剂加入上述凝胶颗粒中，通过搅拌分散均匀。凝胶分散均匀，凝胶颗粒相互之间不粘连。在鼓风烘箱中90℃下烘干1.5h，固含量已经达到93.19wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的74.78%，说明本实施例中的分散剂能有效防止粒子粘并，使得烘干所得粒子干燥程度均匀。相比实施例1的结果，从固含量和可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的百分比也可以看出，加入AEO-5后分散剂的效果要略好于未加的分散剂。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

【实施例4】

自制合成聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺占聚丙烯酰胺凝胶20wt%，其中带阴离子基团的单体（2-丙烯酰胺-二甲基丙磺酸）单元的含量15wt%。将凝胶剪切成粒径约2-4mm的凝胶颗粒，凝胶颗粒之间相互粘连，结块。

配制聚乙二醇水溶液（PEG-20000），浓度40wt%，加入占聚乙二醇水溶液3wt%的OP-7得到分散剂。分散剂相对凝胶的加入量为3wt%，将分散剂加入上述凝胶颗粒中，通过搅拌分散均匀。凝胶分散均匀，凝胶颗粒相互之间不粘连。在鼓风烘箱中90℃下烘干1.5h，固含量已经达到93.27wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的72.56%，说明本实施例中的分散剂能有效防止粒子粘并，使得烘干所得粒子干燥程度均匀。相比实施例1的结果，从固含量和可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的百分比也可以看出，加入OP-7后分散剂的效果要略好于未加的分散剂。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

【比较例1】

自制合成聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺占聚丙烯酰胺凝胶20wt%，将凝胶剪切成粒径为2-4mm的凝胶颗粒，凝胶颗粒之间相互粘连，结块。

配制油酸浓度为5wt%的油酸煤油溶液用作分散剂。分散剂相对凝胶的加入量为3wt%，将分散剂加入凝胶颗粒中，通过搅拌分散均匀。凝胶分散均匀，凝胶颗粒相互之间不粘连。在鼓风烘箱中90℃下烘干1.5h，固含量达到92.17wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的的粒子占粉末总重的73.15%，固含量与可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重的百分比与本发明中所述的分散剂相近，进一步佐证本发明中所述的水溶液型分散剂可以在聚丙烯酰胺凝胶造粒烘干中作为有效的分散剂使用。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

【比较例2】

凝胶颗粒中不加入分散剂，在鼓风烘箱中90℃下烘干2h，固含量为87.95wt%，以上海鼎广机械设备有限公司生成的DFT-40型实验室用小型粉碎机粉碎(每次加入粉碎样200g，粉碎时间60s)，得聚丙烯酰胺粉末，用32目泰勒标准筛过筛，可通过32目泰勒标准筛的粒子占粉末总重仅为56.32%。虽然延长了三分之一的烘干时间，固含量也低于加了本发明中分散剂的样品，同时，粉碎后可通过32目泰勒标准筛的量较少，证明了烘干效果均匀性较差，相对而言也体现出了本发明所述的分散剂在缩短烘干时间，提高烘干效率，降低能耗方面的作用。

为便于比较，将主要结果实验条件和实验结果列于表1。

表1

Claims

1.由聚丙烯酰胺凝胶制备聚丙烯酰胺粉末的方法，包括如下步骤：

(i)聚丙烯酰胺凝胶造粒得到凝胶颗粒；

(ii)所述凝胶颗粒与分散剂混合均匀，分散剂用量为凝胶颗粒用量的1～10wt％，以重量份计，所述分散剂包括如下组分：

(1)10份的聚乙二醇；

(2)4～25份的水；

(3)0～1份的表面活性剂；

(iii)干燥；

(iv)粉碎得到所述聚丙烯酰胺粉末。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(ii)中分散剂用量为凝胶颗粒用量的3～8wt％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺或阳离子型聚丙烯酰胺，步骤(ii)所述的分散剂中所述表面活性剂的份数为0份。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，步骤(ii)所述的分散剂中表面活性剂的重量份数大于0份且小于等于1份。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的聚丙烯酰胺凝胶通过水溶液聚合的方法得到。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的表面活性剂选自式(I)所示的表面活性剂中的至少一种；其中R₁为C₁₀～C₁₈的烃基，n＝5～20，

R₁O(CH₂CH₂O)_nH 式(I)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述的表面活性剂选自式(II)和/或式(III)所示的表面活性剂；其中R₂为C₁₀～C₁₈的烷基，m＝5～10；R₃为C₇～C₁₀的烷基，r＝5～20，

R₂O(CH₂CH₂O)_mH 式(II)

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的聚乙二醇的数均分子量为2000～30000。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述的聚乙二醇的数均分子量为5000～20000。