水溶性无机—有机多元共聚物制备技术研究

论文摘要

丙烯酰胺（AM ）、丙烯酸（AA）、丙烯腈（AN）的分子中都含有C=C,而且分别含有-CONH2、-COOH、-CN这些活泼性官能团,易于自聚或与其它烯类单体共聚,采用不同单体进行共聚,可得到不同结构和性能的共聚物,用途极广,可作钻井液降滤失剂、油井水泥降滤失剂、聚合物驱油剂和水处理絮凝剂等。凹凸棒（ATP）是一种含水镁铝硅酸盐的层状粘土矿物,它具有特殊的纤维结构、独特的分散、耐温、耐盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力,并具有一定的可塑性和粘结力,在各行各业中被广泛使用。由于凹凸棒石具有链层状结构,因此,利用AM、AN、AA单体在其层间进行插层或接枝聚合反应,从而制备无机-有机共聚物;首先尝试合成该无机-有机共聚物,用做纺织行业的上浆剂,希望能克服市场上的烯酸类浆料存在的吸湿再粘问题,在提高丙烯酸类浆料性能的同时,最大程度取代聚乙烯醇;并提高其固含量,降低成本。本论文通过对合成工艺的探讨,找到了其合适的合成工艺:引发剂为工业级过硫酸铵、加量为1%、反应温度为80℃、ATP加量为5%;并通过一些简单的性能评价,证实了其有良好的性能。针对常用的丙烯酰胺类聚合物钻井液降滤失剂在油田开发中存在着对盐敏感、剪切稳定性差及温度稳定性差等弱点,探讨合成具有独特的空间三维分子结构的无机-有机多元共聚物。这类产品分子链刚性大、耐温抗盐和耐剪切能力强,可以用作钻井液抗盐耐高温降滤失剂。本论文通过对单体配比、引发剂加量、凹凸棒石含量、反应时间等因素进行探讨,然后通过抗饱和盐水性能测试和抗高温性能测试来寻找最优合成工艺配方。最佳工艺配方为:0.2%引发剂,5%凹凸棒石,反应时间1h,反应温度98℃左右。实验结果表明,该降滤失剂有很强的抗饱和盐水能力和抗高温能力;抗盐耐高温降滤失剂方面,可抗150℃-180℃高温。通过红外光谱测试来探讨其结构,证明该共聚物是一种无机-有机纳米复合材料。其与市场上同类产品相比,具有成本较低,性能优越等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 丙烯酸类多元聚合物的研究和应用
• 1.1.1 聚丙烯酰胺的研究现状
• 1.1.2 聚丙烯腈的研究现状及应用
• 1.1.3 聚丙烯酸的研究现状
• 1.2 凹凸棒石的研究与应用
• 1.2.1 凹凸棒晶体结构特征
• 1.2.2 凹凸棒石的应用研究现状
• 1.3 无机-有机多元共聚物的研究及应用
• 1.3.1 无机-有机多元共聚物的聚合机理
• 1.3.2 无机-有机多元共聚物的制备方法
• 1.3.3 无机-有机多元共聚物的研究目的及用途
• 2 新型纺织上浆剂的合成及评价
• 2.1 引言
• 2.1.1 丙烯酸类浆料的应用现状
• 2.1.2 丙烯酸类浆料的吸湿再粘性
• 2.1.3 丙烯酸类浆料的均质化
• 2.1.4 丙烯酸类浆料的新突破
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验目的
• 2.2.2 合成方法
• 2.2.3 实验步骤及结果分析
• 2.2.4 和市场上同类产品相比
• 2.3 小结
• 3 无机-有机多元共聚物降滤失剂的合成及性能评价
• 3.1 引言
• 3.1.1 钻井液的滤失剂的结构特点及其性能
• 3.1.2 现有钻井液的降滤失剂的缺点及改进进展
• 3.2 开展无机一有机多元共聚物研究的意义
• 3.2.1 技术关键与技术创新点
• 3.2.2 分子设计路线图
• 3.2.3 作用机理
• 3.3 无机-有机单体聚合机理
• 3.4 抗盐抗高温降滤失剂的制备及性能测试
• 3.4.1 实验原材料及仪器
• 3.4.2 合成
• 3.4.3 基浆配制
• 3.4.4 钻井液性能测试
• 3.5 合成工艺对复合物性能的影响
• 3.5.1 凹凸棒石含量对产物性能的影响
• 3.5.2 反应时间及加量对产物性能的影响
• 3.5.3 单体配比对产物性能的影响
• 3.5.4 引发剂加量对产物性能的影响
• 3.6 与同类降滤失剂性能比较
• 3.6.1 常温下性能对比
• 3.6.2 高温下性能对比
• 3.6.3 外检测试结果
• 3.7 结构分析
• 3.7.1 红外结构分析
• 3.7.2 结构验证
• 3.8 成本核算
• 3.9 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献