[发明专利]一种聚丙烯酰胺纳米微球的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种聚丙烯酰胺纳米轻微的制备方法及装置，将丙烯酰胺、交联剂、引发剂组成的液体物料及压缩空气以连续的方式引入管式反应器中，使得引发剂在一定温度下分解产生自由基，引发丙烯酰胺的聚合反应，然后将包含聚丙烯酰胺的物流从管式反应器中引出，经收集得到聚丙烯酰胺纳米微球成品。本发明工艺简单，采用安全性好的管式反应器连续生产，且制备的聚丙烯酰胺纳米微球质量稳定，粒径均一，避免了传统釜式生产工艺中的溢釜及暴聚现象，提升了产品质量和生产效率。

技术领域

本发明属于化工合成领域，具体涉及一种聚丙烯酰胺纳米微球的制备方法及装置。

背景技术

聚丙烯酰胺纳米微球是以微乳液为分散体系，以丙烯酰胺为单体，在加有少量交联剂的条件下制备的具有空间网状结构的纳米颗粒聚合物。将这些颗粒注到地层以后，其粒径小、水溶液粘度低，容易进入地层深部，再通过吸水膨胀，体积增大，因而能堵塞地层中的水流优势通道，提高注入水的波及系数。以聚丙烯酰胺纳米微球进行深部调驱，对于老油藏的控水稳油和提高海上油田、低渗油藏以及高矿化度油藏的注水开发有积极效果。

目前聚丙烯酰胺纳米微球通常采用微乳聚合的工艺一次合成得到，目前成熟的生产制备方法主要有以下几种：反向(微)乳液聚合法，分散聚合法，沉淀聚合法，反相悬浮聚合法。这些传统工艺主要是通过搅拌釜作为反应容器，其主要特征是采用机械搅拌方式强化两相混合，并利用夹套中的导热介质对系统和产品进行温度控制。现有的聚丙烯酰胺微球合成方法，绝大数只涉及原料配方，而没有涉及提升改进生产工艺。如CN 107868379 A公开了一种聚丙烯酰胺类聚合物凝胶微球的制备方法，制备方法在原有的生产工艺环节中改变了原料配方，通过添加纤维素作为交联剂，在丙烯酰胺凝胶微球中形成双重互穿结构，增强了微球膨胀初期的强度，同时实现了凝胶微球后期膨胀效果。CN 102181008 A公开了一种以聚丙烯酰胺微球堵水剂的制备方法，其工艺是利用四口烧瓶模拟工艺反应釜作为反应容器，通过加入引发剂聚合丙烯酰胺单体，得到粒径在8～175nm之间的聚丙烯酰胺微球，该专利的缺点是微球粒径范围太宽，不适用于当前《聚丙烯酰胺微球调剖剂技术要求》中的粒径范围，同时由于粒径差异性大导致体系不稳定，所得产品静置出现分层现象。CN106866880 A公开了一种多分散聚丙烯酰胺微球体系及其制备的方法，即采用类似种子乳液聚合的方式，通过多步反应得到同时含有纳米、微米、毫米级聚丙烯酰胺微球，产物有效含量高，但该方法需通过多级反应实现，反应时间长，工序步骤多，降低了生产效率和成本。CN 108314758 A公开了一种聚丙烯酰胺微球乳液的制备方法，该专利使用复合乳化剂体系和符合引发剂体系进行丙烯酰胺聚合反应，得到的亚微米聚丙烯酰胺微球乳液稳定性好，固含量高。该专利仍需釜式反应，使用的引发体系为氧化-还原双引发剂，因此在加入氧化性引发剂前需通氮气保护体系，加入还原性引发剂时需高速剪切搅拌，同时还需严格控制升温速率≤2℃/分钟，操作程序繁多且操作要求严格。

传统的釜式生产方式，在聚合反应过程中存在换热面积小、温度不可精确控制，搅拌空间分布导致粒径分布宽度广等问题，尤其是聚合反应引发后物料加速聚合反应阶段，因大量放热不可控，导致暴聚现象出现，造成反应失败，物料报废，甚至物料成团抱轴，搅拌杆电机损毁的事故发生。此外，由于物料具有一定的黏度，易粘附于反应釜表面，在长时间受热条件下易局部自聚，形成粘稠状不溶性凝胶，该杂质如剥落则导致产品质量下降，若长期附着于釜内表面，易影响反应热传递，同时设备清洗难度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚丙烯酰胺纳米微球的制备方法及装置，以克服上述现有技术存在的釜式生产方式的技术缺陷。本发明工艺简单，采用安全性好的管式反应器连续生产，且制备聚丙烯酰胺纳米微球的聚合反应速率可控性高，微球粒径分布均一，并可通过调整原料配比以控制粒径大小，同时避免了聚合反应中常见的凝胶粘壁现象，提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本。本发明提供的制备装置结构简单，可以实现聚丙烯酰胺纳米微球的连续化生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：