聚丙烯酰胺是一种线形的水溶性聚合物，其系列产品是水溶性高分子领域中应用最 广泛的品种之一。聚丙烯酰胺及其衍生物已在石油工业得到广泛地应用，并在水处理、 造纸、纺织、印染、选矿、洗煤、医药、制糖、建材、农业等领域得到广泛的应用，享 有“工业味精”、“百业助剂”之称。在油田化学领域中，现已将PAM应用到钻井液、完 井液、酸化液、压裂液、乳化剂、破乳剂、三次采油、化学排水采气、油气层保护、油 气田废水净化等诸多方面。由于国内的研究与开发力量薄弱，PAM产品结构、聚合工艺 及应用技术尚存在严重的缺陷，PAM产品的应用也主要集中在石油开采领域（其市场份 额约占81%)。而一些西方国家的市场状况却与国内大不相同，例如美国PAM的市场结 构为：水处理占60%，造纸占25%,矿山占11%，其它领域占4%。日本PAM的消费结 构为。?水处理占45%,造纸占32%，矿山占8%，石油占12%，其它领域占3%。

 

按照电性质，PAM可以分为四个类型：非离子、阴离子、阳离子和两性离子型。从 外观形态上讲，PAM主要有三种产品类型：固体粉末、反相乳液和水散型，后两种剂型 均属于液体型产品，相应地PAM聚合技术就分为水溶液聚合、反相乳液聚合和水分散聚 合技术，其中水分散聚合技术是近年来国际水溶性高分子界的研究热点之一，所制备的 聚合物粒子细小而均匀，分子量易于调节，胶体稳定性和水溶性俱佳。在生产工艺流程 上，水分散型PAM生产线远比固体粉末型PAM简单，可省去造粒、干燥、粉碎、筛分 等单元操作过程，操作生产线大大简化，可以节约大量的物耗与能耗（含水、电、汽）。 液体型产品的生产和应用潜力不容忽视。例如：美国的液体型PAM现已占其产品总量的 70%，欧洲为35%，日本为15%，并呈逐年增长的趋势。就反相乳液和水分散溶液两种 液体型产品而言，由于反相乳液型PAM产品中含有矿物油与表面活性剂，不可避免地在 水处理、纺织等领域的应用过程中对环境造成二次污染，从而限制了反相乳液型PAM产 品的应用范围，这为水分散型PAM产品及其聚合技术提供了难得的发展机遇和市场空 间。_在PAM的应用过程中，经常碰到的一个问题是如何使聚合物溶解到水中，以适宜于 特定的工业现场。早期的水溶性聚合物就是稀释的聚合物水溶液。其分子量较低。随着 科学技术的进步，聚合物的分子量越来越大。由于大分子量的聚合物溶液即使在05?

 

1.0%的浓度下也具有很高的粘度，那么运输聚合物稀溶液则变得越来越困难。因此，生 产厂家开始在运输前将聚合物溶液转换成固体形态（如PAM固体粉末），在应用现场则 釆用机械方法使其溶解于水，但常常会出现水溶性聚合物溶解不完全的现象，甚至导致 “鱼眼”微粒的生成，由此造成聚合物的浪费，并对应用体系产生不利的后果。此外， 传统的PAM固体粉末生产工艺单元操作多、能耗大、设备投资大、产品性能差、溶解设 备复杂，而水分散PAM聚合生产工艺则可避免这些缺憾。

 

另一方面，油田最常用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺，但由于其耐温抗盐性能较 差，不能达到预期效果。

 

国内外在提高聚合物耐温抗盐性的主要研究方向是两性离子水溶性聚合物和疏水 缔合水溶性聚合物的研究。两性离子水溶性聚合物是指分子中同时含有阴阳两种离子。 在纯水中，分子内部形成离子键，其水溶液粘度较低，当遇到高矿化度水后，其分子内 离子键被破坏，而形成了分子间离子键，从而使分子链更加伸展，进而使聚合物水溶液 粘度增大。疏水缔合水溶性聚合物的特点在于其疏水基团的缔合作用，当聚合赞/浓度低 于临界缔合浓度时，以分子内缔合为主，水溶液粘度较低：而当超过临界缔合浓度时， 则以分子间缔合为主，粘度迅速提高。小分子电解质的加入使得溶液极性增大，也使得 疏水缔合作用增强，进而使粘度提高。

 

众所周知，在油田化学助剂中，聚丙烯酰胺PAM是钻井液的一种重要的处理剂，它 依靠在粘土和页岩表面上的吸附和包被，起到絮凝和稳定页岩作用。PAM的吸附和包被 与PAM的分子量和分子所带的基团密切相关。当PAM与粘土和页岩接触时，PAM靠氢 键或静电吸力吸附到粘土颗粒上。靠分子链将多个粘土颗粒桥连在一起，阻止页岩分散 (也称为包被作用），从而保持页岩的完整性，促使井壁稳定，岩屑保持原状，在地面 有利于被固相控制设备清除。但PAM在分子的抑制性、抗盐性及抗温性上还达不到实际 的要求。

 

本研究就是利用两性离子聚合物和疏水缔合型聚合物这种特殊结构，合成水分散型 两性高分子聚丙烯酰胺，从而使改性的PAM赋予了新的性能。这就是依据分子设计原理 在PAM分子链引入阳离子基团、疏水基团和AMPS (2-丙烯酰胺基一2—甲基丙磺酸）， 分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力。此时聚合物能在许多位置 上与粘土发生桥连，因而能够对粘土起到很好的保护作用。同时由于分子链中含有疏水 基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而 能有效地抑制页岩的膨胀。而AMPS结构中的一个重要官能团是磺酸基。磺酸基主要功 能是提供一种强亲水和强水化基团，通过平面氢键吸附，端面静电吸附，在粘土粒子表 面形成氢结构的溶剂化膜，具有较高的抗盐和抗温能力。经改性后的PAM即水分散型两 性高分子聚丙烯酰胺，不仅具有良好的水溶性而且具有优良的抑制性、抗盐性及抗温性。

 

因此，尽快开发PAM水分散型产品及其聚合技术，并将水分散聚合物进行推广，满 足国内日益膨胀的市场需求，具有广阔的市场前景及显着的社会和经济效益。

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