凝胶聚合的水溶性聚合物制造技术

本发明专利技术涉及通过凝胶聚合方法制备的粉末形式的重均分子量小于200万道尔顿的水溶性P1聚合物，该方法包括以下连续步骤：a)通过在聚合反应器中，向含有1至25重量％的P2聚合物的S2溶液中加入25至150重量％的水溶性单体，基于S2溶液重量计，并混合来形成S1溶液，该P2聚合物含有至少1重量％的疏水性单体，b)向S1溶液中加入pH调节剂，c)使S1溶液脱气，d)向S1溶液中加入聚合引发剂。S1溶液的温度应在

【技术实现步骤摘要】
凝胶聚合的水溶性聚合物


[0001]本专利技术涉及重均分子量为500,000道尔顿至200万道尔顿的粉末形式的水溶性合成聚合物，其在多种应用中用作凝结剂、絮凝剂或增稠剂。更具体地，本专利技术的主题是水溶性合成聚合物和获得低分子量水溶性合成聚合物的凝胶聚合方法。

技术介绍

[0002]高分子量水溶性合成聚合物由于它们的絮凝或增稠特性，通常用于许多应用中。事实上，这些聚合物被用于石油和天然气工业、水力压裂、造纸工艺、污泥脱水、水处理、建筑、采矿、化妆品、农业、纺织和洗涤剂。
[0003]举例来说，这些高分子量的水溶性合成聚合物的絮凝剂性质用于水处理/污泥脱水领域中。事实上，在给定水的胶体颗粒(被同化为小于1微米的球)被去稳定化的任选的凝结步骤之后，絮凝代表颗粒聚集成高分子量聚集体以产生快速沉降的步骤。用于水处理的水溶性聚合物主要是粉末或水油反相乳液的形式。根据待处理的水，调节絮凝剂的物理性质。因此，可以调整水溶性聚合物的离子特性(非离子的、阴离子的、阳离子的、两性的、两性离子的)、分子量或结构(线性的或结构化的，或甚至交联的)。
[0004]这些聚合物的增稠特性可用于强化采油(EOR)领域中。通常通过添加水溶性合成高分子量(共)聚合物来改善注水扫油的效率。通过注入水的“增粘”，使用这些(共)聚合物的预期和已被证实的好处是，改善了扫油以及流体之间的比浓粘度对比度以控制它们在油田的流度比，从而快速有效地采油。这些(共)聚合物增加了水的粘度。
[0005]这些水溶性聚合物的重均分子量通常为500,000道尔顿至3000万道尔顿之间。为了获得粉末形式的这些聚合物，可以使用凝胶聚合。这种聚合方法的主要步骤是：水溶性单体在水相中聚合，由此获得的聚合物凝胶从反应容器中排出，聚合物凝胶在制粒机中制粒，干燥聚合物凝胶以获得粉末形式的水溶性聚合物，以及最后研磨和筛分粉末。
[0006]对于聚合反应器的排放、制粒和干燥步骤，凝胶必须足够粘稠以“自支撑”。为了测量这种性质，从聚合物块上切下一个直径为10cm、厚度为10cm的凝胶圆柱体，将其放置在平坦的表面上，并在25℃下静置1小时。然后我们将获得的体积的形状因子F定义为水平截面与垂直截面的比率：F＝L/H(见图1)。
[0007]如果该比率小于3，凝胶将“自支撑”。在相反的情况下，它不会自支撑。
[0008]为了自支撑，凝胶必须是粘弹性的。并且当水溶性聚合物的重均分子量在500,000道尔顿和200万道尔顿之间时，凝胶的粘弹性可能不足以可进行加工(排出、制粒和干燥)。
[0009]增加聚合反应器中单体浓度可以是实现所需凝胶稠度的一种方式，但相应地，在放热聚合反应的情况下，反应容器内部的最终聚合温度和最终压力将增加，需要调整反应容器。

技术实现思路

[0010]令人惊奇的是，申请人发现通过在其中含有至少1重量％疏水性单体的水溶性聚
合物的溶液中进行聚合，可以使用凝胶聚合方法制备粉末形式的重均分子量小于200万道尔顿的水溶性聚合物，所述水溶性聚合物具有足以用于反应器排出、制粒、研磨和干燥步骤的聚合物凝胶稠度。
[0011]更具体地，本专利技术涉及重均分子量小于200万道尔顿的粉末形式的水溶性P1聚合物。该水溶性P1聚合物通过凝胶聚合方法制备，该方法包括以下连续步骤：
[0012]a)通过在聚合反应器中，向含有1至25重量％的P2聚合物的S2溶液中加入25至150重量％的水溶性单体，基于S2溶液重量计，并混合来形成S1溶液，
[0013]P2聚合物含有至少1重量％的疏水性单体，
[0014]b)向S1溶液中加入pH调节剂，
[0015]c)使S1溶液脱气，
[0016]d)向S1溶液中加入聚合引发剂。S1溶液的温度应在
‑
5℃至30℃之间，
[0017]e)通过聚合来自步骤d)的S1溶液(P2聚合物+水溶性单体+pH调节剂+聚合引发剂)形成P1聚合物凝胶，并使P1聚合物凝胶在不加热的情况下在80℃至150℃之间的最终聚合温度下老化至少60分钟，
[0018]f)将所得P1聚合物凝胶倒入制粒机，
[0019]g)干燥P1聚合物凝胶以获得粉末形式的P1聚合物，
[0020]h)将P1聚合物研磨并筛分成粉末。
[0021]本专利技术还涉及根据步骤a)至h)制备水溶性P1聚合物的方法。有利地，凝胶聚合方法不包括不同步骤a)至h)之间的中间步骤。
[0022]数值范围包括下限和上限。因此，数值范围“0.1和1.0之间”和“0.1至1”包括数值0.1和1.0。
[0023]术语“聚合物”是指至少两种不同单体的均聚物和共聚物两者。
[0024]如本文所用，术语“水溶性聚合物”或“水溶性单体”是指当在25℃下搅拌4小时而以20g
·
L
‑1的浓度溶于去离子水中时，产生不含不溶性颗粒的水溶液的聚合物或单体。
[0025]根据本专利技术，溶液，例如S1或S2，是指至少一种化合物(聚合物、单体...)的液体组合物。溶液可包括不溶物。当S2溶液包含水和疏水性单体的P2聚合物时，情况可能尤其如此。
[0026]P1聚合物可以是非离子的、阴离子的、阳离子的或两性的。两性聚合物是包含阳离子电荷和阴离子电荷，优选阴离子电荷与阳离子电荷一样多的聚合物。
[0027]因此，对于P1聚合物的凝胶聚合方法的步骤a)，加入P2聚合物S2溶液的单体可以是非离子和/或阴离子和/或阳离子和/或两性离子的。步骤a)包括(1)制备含有基于S2溶液重量的1至25重量％的P2聚合物的S2溶液，然后(2)加入基于S2溶液重量的25至150重量％的水溶性单体。S2有利地是水和P2聚合物的混合物。
[0028]换句话说，例如，步骤a)可以对应于通过在聚合反应器中混合(1)25至150g水溶性单体和(2)100g含有1至25g重量的P2聚合物的溶液S2来制备S1溶液。
[0029]非离子单体优选选自包括以下的组：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N
‑
烷基丙烯酰胺、N
‑
烷基甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二烷基丙烯酰胺、N,N
‑
二烷基甲基丙烯酰胺、丙烯酸烷氧基化酯、甲基丙烯酸烷氧基化酯、N
‑
乙烯基吡啶、N
‑
乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸羟烷基酯、甲基丙烯酸羟烷基酯及其混合物。在这些非离子单体中，烷基有利地是C1‑
C5，更有利地是C1‑
C3。这些
优选是直链烷基。
[0030]阴离子单体优选选自包括以下的组：具有羧酸官能团的单体及它们的盐，包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸和马来酸；具有磺酸官能团的单体及它们的盐，包括丙烯酰胺基叔丁基磺酸(ATBS)、烯丙基磺酸和甲基烯丙基磺酸及它们的盐；和具有膦酸官能团的单体及它们的盐。
[0031]一般而言，P1聚合物的阴离子单体盐是碱金属(优选钠)盐、碱土金属(优选钙或镁)盐或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过凝胶聚合方法制备的粉末形式的平均分子量小于200万道尔顿的水溶性P1聚合物，所述凝胶聚合方法包括以下连续步骤：a)通过在聚合反应器中，向含有1至25重量％的P2聚合物的S2溶液中加入25至150重量％的水溶性单体，基于S2溶液重量计，并混合来形成S1溶液，所述P2聚合物含有至少1重量％的疏水性单体，b)向S1溶液中加入pH调节剂，c)使S1溶液脱气，d)向S1溶液中加入至少一种聚合引发剂，S1溶液的温度在
‑
5℃至30℃之间，e)通过聚合来自步骤d)的S1溶液形成P1聚合物凝胶，并使P1聚合物凝胶在不加热的情况下在80℃至150℃之间的最终聚合温度下老化至少60分钟，f)将所得P1聚合物凝胶倒入制粒机，g)干燥P1聚合物凝胶，h)将P1聚合物研磨并筛分成粉末。2.根据权利要求1所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P1聚合物的平均分子量在500,000道尔顿至小于200万道尔顿之间。3.根据权利要求1至2中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，步骤a)的S2溶液含有2至20重量％的P2聚合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，步骤a)的S2溶液含有3至15重量％的P2聚合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P2聚合物溶液含有2重量％至100重量％的疏水性单体。6.根据权利要求1至5中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P2聚合物含有5重量％至100重量％的疏水性单体。7.根据权利要求1至6中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P2聚合物含有10重量％至100重量％的疏水性单体。8.根据权利要求1至7中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P2聚合物含有20重量％至100重量％的疏水性单体。9.根据权利要求1至8中任一项所述的水溶性P1聚合物，其特征在于，所述P2聚合物的疏水性单体选自：
‑
具有烷基、芳基烷基和/或乙氧基化和/或丙氧基化链的(甲基)丙烯酸酯；具有烷基、芳基烷基或二烷基和/或乙氧基化和/或丙氧基化链的(甲基)丙烯酰胺衍生物；具有烷基、芳基烷基或二烷基链和/或乙氧基化和/或丙氧基化链的阳离子型烯丙基衍生物；疏水性阴离子型或阳离子型(甲基)丙烯酰基衍生物；和带有疏水链的(甲基)丙烯酰胺的阴离子或阳离子单体衍生物；
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(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、辛基(甲基)丙烯酰胺、N
‑
叔丁基...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥雷利安，
申请(专利权)人：爱森中国絮凝剂有限公司，
类型：发明
国别省市：