聚丙烯酰胺反相乳液聚合在油田中可用于采油、鉆井泥漿及廢 泥漿處理、防止水竄、降低摩阻、提高采收率、三次采油 等[1]。隨著髙分子化學的發展，聚丙烯酰胺的分子量 越來越高，出現了超高分子量聚丙烯酰胺，在油田中的 用途更加廣泛，可用作驅油劑來提高原油采收率，用作 選擇性堵水劑降低水在地層的滲透率，還可作為稠化 劑配制壓裂液。
聚丙烯酰胺的合成方法主要有水溶液聚合法、自 由基膠束聚合法、反相乳液聚合法、反相懸浮聚合法 等[2]，通常采用的是水溶液聚合法或自由基膠束聚合 法，但產品的溶解性較差，且產品的干燥、粉碎工藝較 為復雜[3’<]。而反相乳液聚合法具有反應速率快、反 應體系粘度低、反應溫度容易控制等優點，且產物的分 子量較高、溶解性較好。
作者采用反相乳液聚合法合成聚丙烯酰胺，通過 正交實驗優化合成條件，并對影響聚合物分子量的主 要因素進行了探討。
1實驗
1.1原料、試劑和儀器
丙烯酰胺(AM)、過硫酸銨、復配乳化劑（HLB值 為4?6)，分析純；硫酸；氮氣；無水乙醇；蒸餾水；白 油。
數字控制恒溫水浴箱,北京市長風儀器儀表公司； 烏氏粘度計;6511型電動攬拌機，上海標本模型廠。
1.2方法
在裝有攪拌器、滴液漏斗、通氣管的250 mL三口 燒瓶中，加入定量白油、乳化劑。開動攪拌，水浴加熱 至設定溫度，使乳化劑完全溶于白油中，將單體及其它 助劑溶于水，在高速攪拌下將單體溶液逐滴加人到白 油中，使其充分乳化后通氮除氧30 min，加人引發劑， 反應一定時間。用乙醇沉淀、抽濾、真空干燥得產品。
為了獲得高分子量的產物，經過大量初步實驗，在 15%的單體含量條件下，設計了 3因素3水平的正交 實驗L9(3 )，正交實驗的因素與水平見表1。
表1正交實驗的因索與水平
Tab. 1 The factors and levels of orthogonal experiment
水平因素
A.反應溫度
•cB.油水體積比C.引發劑加置
%D.反應時間 h
1302*10. 052
2401*10. 104
3501 « 20. 156
注：引發劑加釐以單體總質量計，下同
1.3平均相對分子質置的測定
按照 GB 12005. 1 — 89 方法[5]，在（30±0. 05) X：、 1 mol« L-1的NaCl水溶液中用一點法測定聚合物的 特性粘數，再按照GB 12005. 10 — 92方法⑷，計算聚 丙烯酰胺的平均相對分子質量。
樣品的特性粘數[7]及平均相對分子質量（M)依 下式計算：
ti
tl —to 伽=1T"
[,,]..\/2(7fa —In取）
[i;] = 4. 75Xl〇-3M°'80
式中山為1 moN L—1的NaCl水溶液流經刻度 所用時間，為樣品溶液流經刻度所用時間，s;，為 相對粘度；&為增比粘度K為樣品溶液濃度，g • mL一1。
2結果與討論
2.1合成條件的優化(表2}
表2正交實驗結果與分析
Tab. 2 The result and analysis of orthogonal experiment
序號ABCD平均相對 分子質量
111111387763
212221441996
313331570399
421321261961
522131612906
623211519838
731231495407
832311612906
933121266358
ki1466719.31305360.71506835. 71422342.3
kz1464901.71555936.01323438.31485747.0
h1458223.71528548. 01559570. 71481755.3
R8859525057623613263405
由表2可知，影響聚丙烯酰胺的平均相對分子質 量的主要因素為油水體積比和引發劑加量，聚合反應 的最佳反應條件為即：反應溫度30 X：，油 水體積比1 : 1，引發劑加量0.15%，反應時間4 h。
在最佳反應條件下進行驗證實驗，合成的聚丙烯 酰胺的平均相對分子質量為1726923,大于正交實驗 方案中的結果,確認該實驗條件是最佳合成條件。
2.2影響聚丙烯酰胺平均相對分子質置的主要因棄 分析
通過單因素實驗對影響聚丙烯酰胺平均相對分子 質量的兩個主要因素油水體積比和引發劑加量進行進 一步優化。
2.2. 1油水體積比的影響
固定反應溫度為30 °C、反應時間為4 h、引發劑加 量為0. 15%,考察油水體積比對聚丙烯酰胺平均相對 分子質量的影響，結果如圖1所示。
圖1油水體積比對平均相對分子質置的彩響 Fig. 1 Inflnence of volume ratio of oil to water on M
油水比是影響聚合體系穩定性的關鍵因素，降低油 水比可以提高生產成本，但對提高聚合及膠乳的穩定性 不利，同時油水比也對產物的特性粘數有一定影響。在 反相乳液聚合中，油相既是連續相又是分散介質，起著 分散液滴和傳遞熱量的作用，并能使聚合過程中形成的 乳膠粒子不會因粘性而聚集在一起。若油相量太少， 就不能充分分散液滴，不能形成穩定的油包水型乳狀 液，因此，只有油水比恰當時反應才能順利進行。
由圖1可以看出，聚合物的平均相對分子質量隨 油水體積比的增大逐漸增大；當油水體積比為1. 2 : 1 時，聚丙烯酰胺平均相對分子質量最大;進一步增大油 水體積比，平均相對分子質量反而減小。這是因為，當 油水體積比小于1. 2 : 1時，不能形成穩定的油包水乳 狀液；當油水體積比大于1.2 « 1時，油相比例增大，單 體比例相對減少，乳化劑分子將液滴包裹得更嚴密，油 水界面膜加厚，不利于單體擴散，同時，也提髙了鏈增 長自由基向乳化劑的鏈轉移幾率。因此，適宜的油水 體積比為1.2 : 1。
2.2.2引發劑加量的影響
固定反應溫度為30 X；、反應時間為4 h、油水體積 比為1. 2 : 1，考察引發劑加量對聚丙烯酰胺平均相對 分子質量的影響，結果如圖2所示。
根據自由基聚合動力學研究結果，聚合反應的聚 合速率與引發劑濃度的平方根成正比，引發劑濃度高， 聚合反應速度快;但引發劑加量過大時，會引起引發劑 的鏈終止，導致分子量降低。
通過正交實驗得到最佳合成反應條件為：反應溫度30 X：、油水體積比1 : 1、引發劑加量為單體總質量的
0.15%、反應時間4 h。
由正交實驗可知，油水體積比和引發劑加量對聚 合物平均相對分子質量有很大影響。通過單因素實驗 對油水體積比和引發劑加量進一步優化，在單體含量 為15%、油水體積比為1.2 : 1、引發劑加量為0.13% 時，制得平均相對分子質量達1.79X106的聚丙烯酰 胺。
參考文獻：
由圖2可以看出，聚丙烯酰胺的平均相對分子質 量隨引發劑加量的增加逐漸增大；當引發劑加量為 0.13%時聚丙烯酰胺平均相對分子質量最大，達到 1.79X106;進一步增大引發劑加量，聚合反應放熱較 明顯，聚合反應速度快,f致聚丙烯酰胺平均相對分子 質量減小。因此,適宜的引發劑加量為0.13%。
3結論
在混合乳化劑、水、白油形成的油包水乳狀液中， 以丙烯酰胺為原料，合成了超高分子質量聚丙烯酰胺。