摘 """""要：以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以復(fù)合分散體系為分散劑，以氧化還原體系為引發(fā)劑，合成了陰離子水包水乳液。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了合成條件對(duì)分散聚合產(chǎn)品性能的影響，并分別考察了引發(fā)劑用量、分散劑類型、分散劑用量以及單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水包水分散聚合的影響，最終確定適宜的合成條件為：引發(fā)劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為0.4%～0.8%，自制低聚物分散劑用量為8%～12%，單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～21%。

關(guān) "鍵 "詞：水包水；聚丙烯酰胺；粒徑；影響因素

中圖分類號(hào)：TQ316.3 """"""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A """"文章編號(hào)：1004-0935（2025）03-0372-03

水包水乳液具有連續(xù)相和分散相，兩相均為水溶性，但兩相之間不互溶。對(duì)于水包水體系在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，大多為陽(yáng)離子水包水，主要用于造紙助劑，針對(duì)陰離子水包水的合成評(píng)價(jià)文獻(xiàn)資料很少，文獻(xiàn)資料中合成產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量偏低，穩(wěn)定性偏差，缺少對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)評(píng)價(jià)^[1-10]。

以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以復(fù)合分散體系為分散劑，以氧化還原體系為引發(fā)劑，合成了陰離子水包水乳液。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了引發(fā)劑用量、分散劑用量以及單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水包水分散聚合的影響，并根據(jù)油田市場(chǎng)需求，針對(duì)性地合成了4種油田助劑^[11-17]。

1 "實(shí)驗(yàn)部分

1.1 "實(shí)驗(yàn)試劑

丙烯酰胺、丙烯酸，工業(yè)級(jí)，山東諾爾生物科技有限公司；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，工業(yè)級(jí)，山東聯(lián)盟化工集團(tuán)有限公司；MPEG-2000，工業(yè)級(jí)，江蘇海安石油化工廠；聚乙烯吡咯烷酮，工業(yè)級(jí)，濟(jì)南榮正化工有限公司； 氫氧化鈉，工業(yè)級(jí)，濱化集團(tuán)股份有限公司。

1.2 "水包水乳液的合成

低聚物分散劑的制備：在2 000 mL玻璃杯中加入50 g丙烯酰胺、50 g丙烯酸、50 g AMPS和813 g純水，充分溶解后，再緩慢加入37 g氫氧化鈉，調(diào)整體系pH至6.0，吹氮?dú)?0"min后將溫度升高至30 ℃，加入過(guò)硫酸銨引發(fā)聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到自制低聚物分散劑。

水包水分散液制備：將一定量的分散劑、AMPS、丙烯酸、硫酸銨、水和丙烯酰胺加入玻璃杯中，充分溶解后，用氫氧化鈉緩慢中和至pH為6.8～7.0；將體系溫度升高至25 ℃，并通氮?dú)?0"min除氧，再加入一定量的過(guò)硫酸鉀和亞硫酸氫鈉引發(fā)聚合反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中攪拌器轉(zhuǎn)速為300 r·min^-1，反應(yīng)完成后繼續(xù)保溫4～6 h；將反應(yīng)完成的物料用80目（0.18 mm）篩網(wǎng)過(guò)濾。

1.3 "檢測(cè)方法

表觀黏度測(cè)試：將樣品充分搖勻后，在250 mL燒杯中加入約200 mL產(chǎn)品，在25 ℃下用布氏黏度計(jì)測(cè)定產(chǎn)品表觀黏度。

相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)試：采用GB/T 12005.1—1989中方法測(cè)試產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量。

水解度測(cè)試：按GB/T 12005.6—1989的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)試并減去蒸餾水的空白值。

粒度分布測(cè)試：將定量的水包水乳液用38%的硫酸銨水溶液稀釋至一定的倍數(shù)，用丹東百特儀器有限公司Bettersize2600激光粒度分布儀測(cè)定水包水乳液顆粒的平均粒徑及其分布。

2""水包水乳液合成影響因素研究

影響水包水分散聚合的因素較多，主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了引發(fā)劑用量、分散劑類型以及單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水包水分散聚合的影響。

2.1 "引發(fā)劑用量對(duì)水包水乳液的影響

為研究引發(fā)劑用量對(duì)水包水乳液的影響，實(shí)驗(yàn)中選擇自制分散劑的用量為10%，單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，硫酸銨用量為25%，單體物質(zhì)的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀與亞硫酸氫鈉的質(zhì)量比為5∶2，選取引發(fā)劑總用量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，當(dāng)引發(fā)劑用量為0.2%時(shí)，體系中自由基濃度過(guò)低，聚合反應(yīng)的活性中心少，反應(yīng)體系中的雜質(zhì)及其他因素會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)提前終止，使聚合物鏈較短，相對(duì)分子質(zhì)量較低，在鹽水介質(zhì)中難以析出。在引發(fā)劑用量從0.4%增加到1.0%過(guò)程中，體系中引發(fā)劑自由基產(chǎn)生速率增快，引發(fā)速率增大，聚合反應(yīng)的活性中心數(shù)目增加，相對(duì)分子質(zhì)量逐漸降低。隨著引發(fā)劑用量的增加，聚合物顆粒的粒徑逐漸增大，這是由于低聚物之間發(fā)生聚并，導(dǎo)致粒徑變大。綜上，確定的適宜引發(fā)劑用量為0.4%～0.8%。

2.2 "分散劑類型對(duì)水包水乳液的影響

針對(duì)分散劑類型對(duì)水包水乳液的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)中固定有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，單體物質(zhì)的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發(fā)劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，分散劑用量為10%，選取MPEG-2000、聚乙烯吡咯烷酮和自制低聚物分散劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，分散劑類型對(duì)水包水乳液的聚合有非常大的影響，由MPEG-2000分散劑制得的水包水乳液表觀黏度較大，水包水乳液流動(dòng)性差；聚乙烯吡咯烷酮分散劑的分散性較差，在水包水合成過(guò)程中無(wú)法形成均勻分散乳液；自制低聚物分散劑在水包水乳液聚合過(guò)程中能有效地進(jìn)行分散，制備的水包水乳液具有較好的流動(dòng)性，且合成的水包水乳液有較高的相對(duì)分子質(zhì)量。綜上，確定適宜的分散劑類型為自制低聚物分散劑。

2.3 "分散劑用量對(duì)水包水乳液的影響

針對(duì)分散劑用量對(duì)水包水乳液的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)中固定有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，單體物質(zhì)的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發(fā)劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，選取自制低聚物分散劑的用量為6%、8%、10%、12%、14%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3、表4所示。

由表3、表4可以看出，隨著分散劑用量的增加，水包水乳液的表觀黏度逐漸增大，粒徑逐漸減小，相對(duì)分子質(zhì)量先增大后減小。分散劑用量對(duì)于分散聚合至關(guān)重要，當(dāng)分散劑用量為6%時(shí)，析出的聚合物無(wú)法被分散劑充分吸附穩(wěn)定，因而無(wú)法形成乳液，體系呈膠塊狀。當(dāng)分散劑用量較少時(shí)，聚合物顆粒表面的電荷斥力和空間位阻作用減弱，部分聚合物顆粒聚集形成大顆粒，導(dǎo)致聚合物顆粒平均粒徑大。當(dāng)分散劑用量較大時(shí)，單個(gè)膠粒粒徑較小，膠粒中單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，導(dǎo)致聚合的相對(duì)分子質(zhì)量偏低。綜上，確定適宜的分散劑用量是8%～10%。

2.4 "單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水包水乳液的影響

影響水包水乳液相對(duì)分子質(zhì)量及穩(wěn)定性的因素較多，其中單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水包水溶液有較大影響，實(shí)驗(yàn)中固定自制低聚物分散劑的用量為10%，單體物質(zhì)的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發(fā)劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，選取單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、18%、21%、22%、24%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，隨單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，聚合物的粒徑逐漸增大，黏均相對(duì)分子質(zhì)量先增大后降低。單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，流動(dòng)性逐漸變差，甚至不能分散。這是因?yàn)閱误w有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，反應(yīng)速度快，聚合微粒易發(fā)生聚并，形成較大粒徑，不利于分子鏈的增長(zhǎng)，導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量降低，若超過(guò)一定限度則產(chǎn)生膠狀物。單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，每個(gè)微粒中單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)小，形成的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量較低。綜上，確定適宜的單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～21%。

3 "結(jié) 論

1）采用分散聚合工藝，以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以自制低聚物為分散劑，以氧化還原體系為引發(fā)劑，合成了陰離子水包水乳液。

2）確定了影響水包水分溶液合成的主要因素為：引發(fā)劑用量、分散劑類型、分散劑用量以及單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出適宜的合成條件為：引發(fā)劑用量為0.4%～0.8%，自制低聚物分散劑用量為8%～12%，單體有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～21%。

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Study on Synthesis of Water-in-Water Emulsion and Its Influencing Factors

FU Xin， YU Pengpeng， REN Kai， ZHAO Taotao， SUN Jianbo

（Shandong Nuoer Biotechnology Co.， Ltd.， Dongying Shandong 257000，"China）

Abstract："Anionic water-in-water emulsion was synthesized with acrylamide， acrylic acid and 2-acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid as monomers， composite dispersion system as dispersant and redox system as initiator. The influence of synthesis conditions on the performance of dispersion polymerization products was studied through experiments， and the effects of initiator dosage， dispersant type， dispersant dosage， and effective monomer mass"fraction"on water-in-water dispersion polymerization were investigated. The optimal synthesis conditions were determined as follows： initiator dosage 0.4%～0.8%， self-made oligomer dispersant dosage 8%～12%， and effective monomer mass"fraction"15%～21%.

Key words：""Water-in-water; Polyacrylamide; Particle size; Influence factor