目前，世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为45万吨/年，总生产量约为40万吨/年。 美国、日本、欧洲是PAM产品的主要生产国家和地区，生产能力约占世界总生产能力的 85%。生产厂家主要有法国的SNF公司（生产能力为7万吨/年）、英国的汽巴特种化学 品（4.0万吨/年）、美国的塞特公司（4.0万吨/年）和道化学公司（3.5万吨/年），日本 的三井化学公司（1.4万吨/年）及三菱化成公司（1.0万吨/年）等等。从上述各主要西方 国家的PAM产品剂型来看，液体型产品的生产和应用潜力不可忽视。例如，在美国液体 型PAM现己占其产品总量的70%，欧洲为35%，日本为15%,并呈逐年增长的趋势。这 些国家的PAM产品与技术现状表明，传统的PAM固体粉末产品及其相应的聚合技术必 将逐渐退出国际市场。近五年来，随着精细化工技术与装备的迅速发展，国外的PAM产 品剂型发展趋势迅猛。经详尽的国外文献检索和广泛的考察论证，深入研究与开发水分 散己逐渐地沿着固体粉末—反相乳液—水分散体系轨迹演变，因此本项目符合国际PAM 产品及其应用技术具有广阔的前景。

 

国内聚丙烯酰胺产品的研究与开发起步较晚，1962年上海天原化工厂建成第一套 PAM生产装置，生产固体粉末的中间产品一水溶性PAM胶块。随后，吉化公司研究院、 中科院广州化学所也相继研制成功PAM产品，并投入生产运营。此后，由于PAM在三 次采油领域的大量应用，以及它在污水处理、造纸等行业中用量的增加，我国PAM的生 产能力不断增长。国内PAM生产厂家现己达到60多家总生产能力约为16万吨/年，总产 量约为12万吨/年。但是国内PAM产品剂型比较单一，一般为固体粉末型；同时，国内 PAM市场消费结构较为单纯，主要集中在油田、水处理、造纸三个领域，其中PAM在 油田开采中的消费约占81%?

 

目前，与国外相比，尽管国内PAM行业在近年来的产量上有较大的突破，但在技术 水平、产品结构与产品剂型上尚存在很大的差距，这主要体现在以下三个方面：一是生 产技术落后，工艺方法仍然沿用传统的水溶液聚合技术，并且单机生产能力低、产品质 量差。二是PAM品种少，国外先进生产厂家一般均有水分散液、液、乳液、粉状及球状 等多种f式的产品，分子量通常都在1500万以上，分子量分布范围较窄，性能优良；而 我国的工业产品主要是粉剂和胶块，产品分子量较低，一般在500?1500万之间，分子 量分布范围较宽，耐温、抗盐及抗剪切能力低，技术经济指标落后。三是在专用性产品 和各类不同基团接枝衍生物的品种、数量和性能上具有较大的差距。总而言之，我国的 PAM行业在产品结构、合成技术与装备三个方面都具有较大的发展空间，尤其是该领域 的新聚合方法与聚艺（如水分散聚合法）具有巨大的研究与开发潜力。

 

近年来，经过国内高分子化学家的不懈努力，在造纸和水处理领域已有反相乳液型 PAM产品小批量应用的实例，但在国内的聚合物市场上尚未见到水分散型PAM产品。 国外比较重要的是以下几种：(1)磺酸基阴离子性单体和丙烯酰胺的共聚物引入磺酸基阴离子，一方面增加了聚合物的水溶性；另一方面使高分子赋有聚电解 质性质，通过静电排斥力使高分子链伸展，流体动力学体积和粘度明显增大。磺酸基离 子单体中最具代表性的是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐（AMPS)。AMPS是一种强电 解质，因此它和AM的共聚物（AM-AMPS)和弱电解质（AA-AM)共聚物或HPAM 相比，具有更好的水溶性，在水中溶解速率很大。同时，它的流体动力学体积基本不随 pH变化，盐敏性相对HPAM也弱得多。最重要的是，它具有出色的耐温、耐盐性。

 

(2)阳离子性单体和丙烯酰胺的共聚物季按盐等阳离子单体和丙烯酰胺的共聚物的分子量往往相对非离子或阴离子型 PAM的要低得多，很难得到阳离子超高分子量丙烯酿胺共聚物，而且这类共聚物，例 如AM和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基季铵盐共聚物，具有强烈的温度、盐敏性， 二价阴离子如C032_很容易诱导高分子相分离。

 

(3)两性共聚物由阴离子单体和阳离子单体与丙烯酰胺共聚形成的两性共聚物，其溶液性质受结构 复杂的影响而很复杂，影响因素很多，也具有阳离子共聚物的一些缺点。

 

(4)疏水缔合型共聚物疏水化水溶性共聚物是指在水溶性聚合物中引入少量疏水基团（摩尔分数小于 10%)的水溶性聚合物。这类聚合物在临界浓度以上可通过分子链中疏水基的疏水化作 用使分子链交联成具有一定强度的可逆空间网状结构，得到很大的超分子链聚集体，增 大了聚合物的流体动力学体积和增粘能力。和一般水溶性聚合物相比，该聚合物具有极 好的耐温和抗盐能力，盐的存在甚至能提高它的增粘能力。自20世纪80年代以来，疏合型共聚物已成为水溶性聚合物领域研究的热点之一，是未来的主要发展方向之〇

 

疏水缔合型丙烯酰胺共聚物主要是通过丙烯酰胺、离子性水溶性单体和油溶性单体 (多数为N-烷基或芳基取代丙烯酰胺）共聚而制得的。将不溶于水的油溶性单体通过 搅拌以小颗粒的形式或借助少量表面活性剂的作用以乳状液的形式分散于水中，因它们 和水溶性单体不能紧密接触而无法共聚。目前采用的方法主要有：a.溶液聚合法。它是将水溶性单体和油溶性单体溶于有机溶剂（或水和有机溶剂组 成的混合溶剂）中进行聚合。尽管采用合适的溶剂可实现水溶性单体和油溶性单体的共 聚，获得水溶性良好的共聚物，但由于有机溶剂一般具有较强的链转移作用，致使形成 的共聚物分子量较小，增粘能力较差；b.微乳液聚合法。它是先将油溶性单体溶于由有机烃、表面活性剂和助表面活性剂 的混合物中，然后加入水溶性单体的水溶液一起搅拌，形成微乳液，再加水溶性引发剂 引发聚合。采用该方法可合成出水溶性好，分子量高和增粘能力强的疏水缔合型丙烯酰 胺共聚物，但所用表面活性剂和助表面活性剂量很高，生产成本高，溶液的组成比较复 杂，致使溶液性质复杂，直接采用难以获得良好的使用效果，而先脱出溶剂、表面活性 剂和助表面活性剂，则将使工艺变得更复杂，生产成本更高。含大量表面活性剂、助表 面活性剂的废水还会造成严重的环境污染；c.胶束聚合法。它是借助表面活性剂胶束的増溶作用将油溶性单体增溶于水溶性单 体的水溶液中而实现它们的共聚。尽管采用该方法能合成出分子量高、增粘效果和水溶 性较好的共聚物，但仍存在许多问题：①表面活性剂用量大，致使生产费用高，溶液性质复杂，给原油的后处理带来了 麻烦。为了充分增溶，胶束聚合法所用表面活性剂的量一般较高。尽管采用表面活性剂 和聚合物相结合的复合驱是未来强化驱油的发展方向之一，但表面活性剂和疏水缔合型 聚合物之间的相互作用是非常复杂的。疏水缔合型聚合物水溶液的粘度一般先随表面活 性剂浓度增加而增加，当达到最大值后随表面活性剂浓度继续增加而急剧下降，且出现 最大值的位置与聚合物的浓度、使用温度等因素有关。驱油用表面活性剂的结构要_求与 聚合用的也往往不一致。因此，要使聚合时所用表面活性剂在驱油过程中与疏水缔合型 聚合物产生协同作用而不发生负面作用是很难控制的。大量的表面活性剂进入原油中， 也将增加原油破乳脱水的难度。如果先采用沉淀法脱出表面活性剂，则将使工艺变得更 复杂，生产成本更高。含大量表面活性剂的废水还会造成严重的环境污染；②许多研究表明，采用胶束共聚所得共聚物为嵌段共聚物，疏水基在聚合物主链 上呈无规则分布，主链上的结构单元组成与配方中的单体组成相差较远。最近的研究表 明，影响疏水缔合型聚合物水溶液流变形和粘度的决定性因素是共聚物的微结构，即疏 水基的分布，疏水基的无规则分布导致聚合物的流变形和粘度变差；③疏水缔合型聚合物的水溶性普遍较未疏水化聚合物的差，甚至部分油溶性单体 含量高的聚合物分子不溶于水。

 

(5)水分散聚合把疏水单体、阳离子单体与丙烯酰胺单体以小液滴状悬浮在水中进行的聚合，引发 剂先溶在单体中，体系中加入分散剂和稳定剂（无机盐、黄原胶和衣康酸共聚物)，它 们的作用是在单体液滴和聚合物一单体粘性粒子表面形成保护膜，阻止粘结，提高了在 水中的稳定性，单体液粒直径一般在0.1?1.0_。该方法的优点是：①体系的粘度低，有利于搅拌、散热和温度控制，因此产物分子量及其分布比较均匀稳定；?

 

②产物分子量比溶液聚合高，杂质含量比乳液聚合少；③后处理比溶液、乳液聚合简单；④产物的溶解性好。

 

综合来看，通过查阅大量的文献资料和理论分析，我们认为水分散聚合来生产疏水 缔合型聚合物，有望解决胶束聚合法存在的一些问题。因为，它们与水溶性单体（如丙 烯酰胺）在水中容易共聚，疏水基将赋予聚合物疏水性，而亲水基将赋予聚合物水溶性， 因此，在赋予聚合物疏水性的同时不会降低聚合物的水溶性。由于它和水溶性单体都溶 于水中，在水中分子呈水平接触，因而疏水基在聚合物链上的分布将更均匀，有利于提 高聚合物的流变性和增粘能力。

 

上述分析表明，采用水分散聚合法可能成为生产疏水缔合型聚合物的理想方法。

 

1.3经济效益与社会效益分析水分散聚合方法是国际水溶性高分子研究领域的热点之一。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。水分散聚合技术如若在我国得以顺利实施，必将在油 田、造纸、水处理、涂料、矿山、地铁工程等应用领域中为国家的经济建设发挥巨大的本项研究具有下列优势：一是水分散型两性高分子聚丙烯酰胺可以提供应用上的便 利条件；二是该复合体系综合了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；三是充分利用 复合水分散、稳定体系：保护胶（AP-01) +阴离子乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）+非离 子乳化剂（OP-10)，增加了高分子量聚合物水分散体系的溶解性和分散稳定性能。增 加聚合物的溶解性及水分散体系的稳定性；四是把四元共聚物引入到钻井液中，利用阳 离子和疏水亲油基团提高了钻井液的抑制性、抗温性和抗盐性，为改善和提高钻井液的 性能提供了一种新手段。因而，其市场前景非常广泛，具有巨大的经济效益和社会效益。 1.4研究内容及预期目标 1.4.1主要研究内容(1)带阳离子基团的水溶性单体（B)、带疏水基团的油溶性单体（C)、新型引 发剂和复合引发体系的筛选。

 

(2)两性水分散型水溶性高分子聚合物最佳聚合工艺条件的室内研究（反应浓度、 温度、pH值等反应条件和各项参数）。

 

(3)新型两性水分散型高分子聚合物的结构与性能分析用NMLFTIR等光谱及浊度、电导滴定等研究新型两性水分散型聚合物高分子所处 的状态、基团间的相互作用和分子中疏水基阴离子/阳离子的百分含量，用粘度法、光散 射法等研究两性水分散型聚合物在溶液中的流体力学性质、特性粘度、MW、A2及Rg 等高分子特征参数，并将分析结果与合成条件同应用效果相关联，从结构上寻找最佳的 合成条件及两性水分散型高分子聚合物的稳定性能。

 

(4)在扩试的基础上进行中试工艺技术和专用设备的研制、选型及制造。进行中试 生产装置的安装与调试。

 

(5)着重解决和优化水分散型高分子聚合反应器的工程放大问题，为产品工业化生 产奠定基础，为产业化工艺包设计提供参数。

 

(6)生产出批量产品，对产品进行抽样检测和进行现场试验。

 

1.4.2预期目标(1)完成实验室制备技术，完善和优化工艺条件，完成中试放大工艺设计；(2)在扩试的基础上，进行中试工艺技术和专用设备的研制、选型及制造，进行中 试生产装置的建设；(3)建成年产2000吨规模的生产装置，使产品的经济技术指标完全达到考核指标的要求。 .

 

1.5技术经济指标本课题以AM单体为主要原料，在水介质下采用水溶性高分子分散聚合技术制备两 性高分子聚合物产品，建成2000吨/年规模的工业化生产装置，并达到如下经济技术和装 置运行指标。

 

1.5.1经济技术指标表1-1预期经济指标项目名称指标单体的单耗^).25t/t单体的转换率>99.5%残余单体含量<0.5%1.5.2质量指标表1-2预期质量指标项目名称■指标外观乳白色可流动液体固含量<25%水溶速度速溶水解度<15mol%不洛物含量<0.05%过滤比<1.5表观粘度>45mPa-s注：实验条件：布氏粘度计，剪切率7.34/秒，75°C下测试粘度20000mg/L样品浓度1500mg/L,其它 条件和测试方法与HPAM相同。

 

1.5.3装置运行考核指标①工业化工艺技术参数稳定，并达到如上经济技术质量指标。

 

②产量稳定，能连续运行72小时以上，年产量达到2000吨/年（按8000小时计算）。

 

③应提交成果的形式、内容及验收方法

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