压裂液毕业论文

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制备疏水缔合聚丙烯酰胺最常用的共聚方法是胶束共聚合[21],通过在水中加入适量表面活性剂来溶解疏水单体,与水溶性单体进行共聚,这实际上是一种微观非均相过程。胶束共聚合法是制备增粘性好的疏水缔合水溶性聚合物行之有效的方法。

疏水单体主要有N-烷基(或芳香基)丙烯酰胺的疏水性衍生物,苯乙烯及其疏水性衍生物,丙烯酸烷基酯和丙烯酸的疏水衍生物等。其中N-烷基丙烯酰胺的衍生物与AM具有良好的聚合性和优异的耐水解性,成为实验室和工业实用增稠剂最重要的疏水单体。在胶束聚合中,常用表面活性剂有阴离子型,如十二烷基硫酸钠(SDS),阳离子型,如十六烷基三甲基氯化铵和非离子型,如十二醇-聚氧乙烯基醚(C12Es)。由于SDS具有纯度高以及杂质含量少,可以合成较高相对分子质量的疏水缔合聚丙烯酰胺,故成为最常用的表面活性剂,其质量分数一般为l%、6%。胶束聚合可以使用与AM溶液聚合相类似的引发剂体系和用量,过硫酸钾是最常用的水溶性引发剂,其质量分数一般为0.1%~1%。反应温度一般为50℃,但当采用氧化还原引发剂时,也可以在更低的温度下如25.30℃进行聚合,聚合时间一般为1.24 h。

本实验采用的是自由基共聚法,其反应机理如下:

①链引发反应是形成单体自由基活性种的反应[22]。一般引发过程由两步组成:

第一步,由光照或氧化还原反应生成具有活性的自由基R·,式中Kd是引发剂分解的速率常数。

IKd 2R (2-1)第二步,自由基R·再与单体加成,生成单体自由基,单体自由基形成后,继续与其它单体加聚,共聚合反应就进入链增长阶段。在链引发反应中,引发剂分解是吸热反应,活化能高,反应速率小,是决定整个聚合反应的关键步骤。

RCH2CH (2-2) CONH2②链的增长

链引发产生的单体自由基不断地和单体分子结合生成链自由基,如此反复的过程称为链增长反应。以单体自由基为核心,活化分子连续地与单体分子连接形成高分子链,增长反应非常迅速,理论上说这个分子可以无限制地增长直到单体耗尽,但由于各种因素影响,分子增长到一定程度以后就发生转移或中止。

RCH2CH*CH2CHnCH2CHCONH2 (2-3) CONH2CONH2③链的终止

链自由基失去活性形成稳定聚合物分子的反应为链终止反应。终止反应可有两种方式:偶合终止和歧化终止。 (a) 偶合终止即两个自由基相互结合

CONH2RCH2CHCONH2+CHCONH2CH2RRH2CCHCONH2CHCH2R (2-4)(b) 歧化终止即其中一个自由基的p·一氢转移到另一个自由基上,生成一个饱和,另一个不饱和的聚合物

RH2CCHCONH2+HCCH2RRCH2CH2CONH2+HCCHR (2-5)CONH2CONH2④链的转移

AM在自由基聚合过程中,链自由基有可能从单体、引发剂、溶剂和聚合物

等低分子或大分子上夺取一个原子而终止,并使这些失去原子的分子成为新的自由基,即链转移反应。如果这个新的自由基能继续新链的增长,聚合反应将会继续进行下去。如果向低分子转移,其结果是使聚合物的分子量降低。

2.2 试剂与仪器

表2-1 反应试剂

药品名

丙烯酰胺(AM)

纯度 分析纯

生产厂商

天津市科密欧化学试剂有限公司

续表2-1

丙烯酸(AA) 丙烯酸十八酯(ODA) 过硫酸钾

表2-2 反应仪器

仪器名

电子分析天平 三口烧瓶 水浴锅 电子搅拌器

作用 称重 反应场所 加热 搅拌

分析纯 分析纯 分析纯

天津市科密欧化学试剂有限公司 上海金贸泰化工有限公司 重庆东方试剂厂

2.3 反应原理

2.4 反应步骤

(1) 将丙烯酰胺、丙烯酸、和丙烯酸十八脂按预定比例加入三口烧瓶中,加入蒸馏水作溶剂配制成总单体浓度为8wt%的溶液;

(2) 加盖密封,在电磁搅拌器上搅拌均匀后,置于70℃水浴中恒温,将过硫酸钾(KPS)分别在滴瓶中配制成0.5%wt溶液;

(3) 将广口瓶中的待聚合溶液在电磁搅拌器上边搅拌边加入引发剂,反应2~4小时。反应完成后,将产物密封待冷却后测试其性能,整理实验台,清洗实验仪器。

2.5反应流程图

丙烯酸十八脂 反应结束,将产物密封待冷却后测试,整理试验台清洗仪器 丙烯酰胺 水 ①加热 ②加过硫酸钾 图2-1 聚丙烯酰胺反应流程图

丙烯酸 三口烧瓶 ③打开搅拌器反应2~4小时

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