[发明专利]粉剂甲叉基聚丙烯酰胺生产工艺

说明书

本发明涉及丙烯酰胺聚合衍生物的生产方法。

目前，甲叉基聚丙烯酰胺产品均为亲水性胶体溶液。其生产工艺为：将浓度10-15%的丙烯酰胺水溶液，经阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去杂质后，用水稀释至浓度为10%，按纯丙烯酰胺重量的0.5-0.7/万加入N.N′-亚甲基双丙烯酰胺;搅拌均匀后用硫酸将该混合液PH值调至6-7，再将该混合液送入间接加热式反应釜，通入氮气保护，以防氧化，加热过程中开启搅拌器，混合液温度达58℃时停止加热，加入引发聚合剂过硫酸铵，10分钟后停止氮气通入和搅拌，进入引发聚合过程，该过程为放热反应，浆液温度升至64℃时停止引发，将物料从反应釜放出，即得胶体状甲叉基聚丙烯酰胺产品。该产品主要用于配制石油开采工艺中的压裂液，具有抗剪切稳定性好，流变性能好，破胶水化彻底及无残渣等优点，是较先进的压裂材料。但是，这种胶体状产品，其有效物质-甲叉基聚丙烯酰胺含量仅为10%左右，其余为水，而当有效物含量高于10%时，其溶解性能急剧下降，不利于施工时压裂溶液的配制，故胶状甲叉基聚丙烯酰胺的有效物含量只能在10%左右，产品所含90%左右的水进入包装、运输过程，显然造成了浪费，此外，生产厂家和用户库存量也相当大。配制压裂液时，劳动环境差，劳动强度大，工效低，由于需大量的清水冲洗包装罐，其洗液造成环境污染。近年来，许多人都研究生产粉剂甲叉基聚丙烯酰胺的工艺，以克服胶状甲叉基聚丙烯酰胺的上述不足，但遇到了两个困难，首先是：制造粉剂产品必然涉及蒸发掉胶状产品中的附水，一般采用烘干工艺，而该工艺会导致产品分子量的机械降解，从而严重影响产品质量和使用性能;第二是粉剂产品的水溶性能极差，粉剂产品加水溶解形成胶状甲叉基聚丙烯酰胺十分困难。鉴于上述两个技术难点，故目前仍未见到生产粉剂产品的报导。

本发明的目的是：提供一种粉剂甲叉基聚丙烯酰胺生产工艺，用该工艺生产的粉剂产品，其甲叉基聚丙烯酰胺含量在90%以上，分子量高，水溶性能好，从而有效地克服了胶状甲叉基聚丙烯酰胺的上述不足。

本发明的工艺方法，也是采用目前通用的将丙烯酰胺水溶液与N-N′甲基双丙烯酰胺加引发聚合剂引发聚合反应，生成胶状甲叉基聚丙烯酰胺后进行烘干和粉磨，其主要的技术特点是，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为20-40%（重量百分比浓度），目的是减少反应浆液在以后烘干工序中的蒸水量，用硫酸调正该溶液的PH值至5.0-7.0，所述N-N′-亚甲基双丙烯酰胺的添加量为丙烯酰胺纯重的0.3-0.8/万，为提高聚合产物的分子量，以补偿烘干工序中聚合产物分子量的机械降解，聚合反应前，添加硼酸和冰乙酸，其加入量分别为丙烯酰胺纯重的2-6%和0.5-6.0%，为确保最终粉状产品的水溶性能，聚合反应前物料中添加氮氚和乙二胺作速溶剂，其加入量分别为丙烯酰胺纯重的2-10/万和3-10/万，并加入助溶剂氮水，其加入量为4-10/万，以亚硫酸氢钠和过硫酸铵作引发聚合剂，单纯使用过硫酸铵作引发聚合剂仅在反应温度为50℃以上时效果较好，反应温度控制在50℃以下时，同时添加亚硫酸氢钠才能确保引发聚合的效果，亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量均匀丙烯酰胺纯重量的0.5-4.0‰，所述聚合反应的温度控制在4-33℃，为低温聚合，其目的也是提高聚合反应产物的分子量，以补偿烘干工序中分子量的机械降解，所述的烘干工序，其烘干温度控制在110℃以下，以避免聚合产物分子量大幅度机械降解。

所述丙烯酰胺水溶液的最佳浓度为27-32%（重量百分比浓度），上述溶液的ph值用硫酸调正至5.5-6.0为最好。

N-N′-亚甲基双丙烯酰胺的加入量，最好为丙烯酰胺纯重的0.5-0.6/万。

所述硼酸和冰乙酸的加入量。最好分别控制在丙烯酰胺纯重的3-4和1-3%。

所述氮氚和乙二胺的加入量。最佳范围分别为丙烯酰胺纯重的4-7/万和6-7/万，氨水的加入量最好为5-6/万。

所述的引发聚合剂亚硫酸氢钠和过硫酸铵的加入量，最好均为丙烯酰胺纯重的1.0-2.0‰。

所述聚合反应温度最好控制在15-20℃。