[发明专利]一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料生产技术领域。

背景技术

丙烯酰胺类聚合物是丙烯酰胺均聚物及丙烯酰胺单体与其它单体共聚物的统称，工业上，含有50％以上丙烯酰胺单体的聚合物，都称为聚丙烯酰胺。目前研究较多的主要是水溶液聚合、反相乳液聚合以及反相微乳液聚合等几种方法。聚丙烯酰胺是三次采油领域广泛应用的水溶性高分子聚合物之一，广泛应用于污水处理、造纸及石油钻采等领域。

现有石油钻采技术中使用的高分子量聚丙烯酰胺(PAM)与部分水解聚丙烯酰胺具有易剪切降解、耐温与抗盐性差等缺点。聚丙烯酰胺及其衍生物为水溶性高聚物，将其制成纳米微粒后具有比表面大、吸附能力强、凝聚作用大和特定的表面反应能力等独特的性质，所制成的聚丙烯酰胺纳米复合材料，其耐温、抗剪切、抗污染等综合性能得到提高。

专利申请201310132122.1(公开CN104109525A)公开了一种聚丙烯酰胺纳米复合压裂液的制备方法，通过采用有机长链插层剂与层状硅酸盐经插层反应后与硝酸盐混合组成纳米无机相，后将该无机相与聚丙烯酰胺单体经原位聚合复合反应制备而得，所得复合材料具有耐高温、抗剪切等等特性。

但是无机纳米颗粒在复杂油气开采应用过程中的团聚问题，对构建复杂油气层高效导流性油气通道有所限制，降低了油气开采效率。因此解决聚丙烯酰胺纳米复合材料的微观形态分散问题也具有普遍意义。上述现有技术涉及聚丙烯酰胺纳米复合材料压裂液的应用性能改进，但是并未解决无机纳米微粒在聚合物中的团聚分散问题，目前也未见相关报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备聚丙烯酰胺纳米复合材料的方法以及由此得到的聚丙烯酰胺纳米复合材料，在解决现有技术聚丙烯酰胺材料抗高温性、抗盐性差以及成产工艺繁杂等问题的同时，还解决了纳米微粒在聚合物中的团聚分散问题。

本发明提供了一种聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a.将丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:(2.5-3.5)的比例混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.3-0.6％的助溶剂、0.2-0.3％的络合剂和0.2-0.3％的助剂，控制频率30-35Hz搅拌20min以上，成为丙烯酰胺反应体系；

b.调节上述丙烯酰胺反应体系pH值9-10，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.5-1.5％的纳米无机相，搅拌均匀成为反应物混合体系；

c.将上述反应物混合体系转移到聚合釜，在无氧环境下，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8-1.0％的氧化剂和0.8-1.0％的还原剂，经聚合反应生成聚合反应产物，反应过程中当反应体系温度不再升高，保温维持3-5h，即得聚合反应产物；

d.上述聚合反应产物经造粒、干燥即为所述聚丙烯酰胺纳米复合材料；

其中，所述纳米无机相的制备步骤包括：

e.将层状硅酸盐与水按质量份1:(10-20)在反应釜中混合，维持搅拌20-30min，形成溶胀体系；

f.基于所述层状硅酸盐的质量，将上述溶胀体系在70-80℃下加入1-10％的插层剂，30-35Hz下搅拌反应10-12h，之后基于所述层状硅酸盐的质量加入1-2％的非离子型表面活性剂，继续反应4-6h，得到插层反应体系；

g.基于上述插层反应体系的体积，加入20-30％的含镁铝的水滑石浆液，于60-65℃反应3-5h，得到所述纳米无机相；

h.所述含镁铝的水滑石浆液是采用水溶性镁盐和铝盐以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物在碱性条件下经共沉淀而得到。