[发明专利]一种支化聚丙烯酰胺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性增粘剂、日用化学品和用作三次采油驱油剂的支化聚丙烯酰胺及其制备方法。

背景技术

以聚合物驱为主的化学驱提高采收率技术在我国已趋于成熟，广泛地用于大庆、胜利等油田，已成为提高原油采收率的主要措施之一，目前三次采油用聚合物主要为部分水解聚丙烯酰胺。

随着油田开发条件的日益苛刻，对聚合物溶液的性能提出了更高的要求，要求聚合物溶液具有更高的耐温、抗盐性和抗剪切性能。由于目前常用的驱油聚合物是以长链线型的聚丙烯酰胺为主，虽然，通过提高聚合物的分子量可以有效地提高聚合物溶液的粘度，然而，聚合物在配制、运输、注入和流经地层孔隙介质的过程中都会发生机械剪切，造成长链聚合物分子被剪断，导致溶液粘度下降。特别是在聚合物溶液在地层的注入过程中，由于作用时间较长，会受到严重的剪切，将对聚合物溶液性能造成更加严重的影响，直接导致聚合物在地层中建立流动阻力能力下降，使得聚合物溶液的驱油效果大大降低。有研究表明，聚丙烯酰胺溶液经长时间的机械剪切，粘度损失可高达90%以上，并且不能恢复。尤其是在高温、高盐油藏环境条件下，这种因机械剪切造成聚合物溶液粘度损失的现象更加严重。

为增强聚合物的抗剪切性，需要对聚合物分子的化学结构进行改进，主要是将线性结构改为支化、星形或树枝状结构。由于支化聚合物含有多个分支，即使部分支链因剪切作用而被剪断，也不会对聚合物分子整体的构型造成较大的影响，使得聚合物溶液的性能能够较大程度的保留，从而增强了聚合物溶液的抗剪切性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支化聚丙烯酰胺,该聚合物有明显的增粘性和抗机械剪切的能力，有望用于油气田工作液、日化产品、染料、医药、新型材料等方面。

本发明的另一目的还在于提供该支化聚丙烯酰胺的制备方法，该方法原理可靠，反应条件温和，操作简便，具有广阔的市场前景。

为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

支化聚丙烯酰胺，其结构式如下：

其中，n为丙烯酰胺重复单元数量，n=8500～21000。

支化聚丙烯酰胺通过如下方法合成：在二甲亚砜溶剂中，二乙烯三胺和丙烯酸甲酯发生加成反应，然后加入过量乙二胺，加热反应后除去二甲亚砜和多余的乙二胺，再加入马来酸酐，生成支化功能单体；该支化功能单体与丙烯酰胺单体发生聚合反应，从而制备支化聚丙烯酰胺。

单体丙烯酰胺为市售。

合成支化功能单体的反应过程如下：

支化聚丙烯酰胺的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）在二甲亚砜溶剂中，称取一定量的二乙烯三胺和丙烯酸甲酯在冰浴中发生加成反应，反应6小时后加入乙二胺发生酯交换反应，二乙烯三胺、丙烯酸甲酯和乙二胺的摩尔比为1：5：10，反应6小时后通过减压蒸馏将多余的乙二胺除去，再在反应产物中加入与丙烯酸甲酯等摩尔数的马来酸酐的二甲亚砜溶液，加热至80℃反应6小时后减压蒸馏除去二甲亚砜，得到支化功能单体；

（2）将上步得到的支化功能单体和丙烯酰胺溶于水中，总的单体含量为25质量％左右，支化功能单体与丙烯酰胺的质量比为10^-5～10^-3：1，氮气保护、10～15℃下加入氧化还原引发体系发生聚合反应，8小时后得胶状聚合物。

将聚合物剪碎，用乙醇提纯后置于40℃真空干燥器中烘干，得支化聚丙烯酰胺的固体颗粒。

聚合反应引发体系的氧化剂是用过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或双氧水；还原剂是亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵或氯化铵。

本发明产物的相对分子质量在600～1500万之间（相对分子质量按公式[η]=3.73×10^-4M^0.66计算，其中特性粘数[η]按GB12005.1-89测定），游离单体的含量小于0.1％。

该聚合物的反应历程为：

其中，n为丙烯酰胺重复单元数量，n=8500～21000

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明聚合物属于支化类聚合物，是一种结构新型的聚丙烯酰胺；

（2）本发明聚合物的制备方法简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化生产；