本發(fā)明涉及聚丙烯酰胺，具體涉及一種接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的制備方法。
背景技術(shù)：
1、隨著深層油氣藏開發(fā)的推進(jìn)，壓裂液面臨高溫、高礦化度及強(qiáng)剪切的極端工況，而聚丙烯酰胺作為一種優(yōu)異的水溶性高分子，在水中具有良好的增稠性能，作為壓裂液應(yīng)用具有良好的減阻、攜砂性能，但是聚丙烯酰胺高分子耐鹽性能差，在鹽水中受離子屏蔽作用，溶解慢，導(dǎo)致其攜砂性能嚴(yán)重下降，進(jìn)而影響其作為壓裂液的使用，同時由于高溫、強(qiáng)剪切的作用，導(dǎo)致傳統(tǒng)線性或輕度交聯(lián)結(jié)構(gòu)聚丙烯酰胺易發(fā)生鏈斷裂，造成黏度驟降進(jìn)而影響其作為壓裂液的使用，如專利cn117534789a公開的一種壓裂用聚丙烯酰胺懸浮乳液及其制備方法，其制備了具有線性結(jié)構(gòu)的聚丙烯酰胺，具有較高的耐剪切能力，然而對其在高溫、強(qiáng)剪切的條件下的抗剪切能力未作出改善。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的制備方法，通過引入功能單體和改性三嵌段聚輪烷，使其參與到聚丙烯酰胺聚合過程中，在使用過程中，由于其主體含有聚輪烷結(jié)構(gòu)，且通過自身大分子之間主客體結(jié)合、疏水締合以及多重氫鍵相互協(xié)同作用，從而解決了現(xiàn)有聚丙烯酰胺耐鹽性能不足的問題，同時還較好地改善了其耐高溫性能和抗剪切性能。
2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的制備方法，其包括如下步驟：
3、步驟s1：稱取如下重量份原料：60-70份丙烯酰胺、12-15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、18-20份丙烯酸、3-6份功能單體、2-3份改性三嵌段聚輪烷、0.4-0.6份引發(fā)劑、0.8-1份乳化劑、300-350份水和15-20份丙二醇；
4、步驟s2：將丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、功能單體、改性三嵌段聚輪烷、水和丙二醇混合，攪拌并加入引發(fā)劑和乳化劑，再加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)ph值為8，在攪拌速率為120-140rpm，溫度為35-40℃條件下，反應(yīng)10-12h，旋蒸，干燥，制得一種接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺；
5、所述氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%；
6、所述引發(fā)劑為過硫酸鈉和亞硫酸氫鈉組合物，其中過硫酸鈉和亞硫酸氫鈉重量比為2g：1g；
7、所述乳化劑為op-10。
8、所述功能單體通過如下步驟制得：
9、步驟a1：將對羥基苯甲醛、3-溴丙炔、無水碳酸鉀和丙酮混合，在攪拌速率為120-140rpm，室溫條件下，攪拌4-6h，抽濾，濾餅丙酮洗滌，濾液旋干，乙醇重結(jié)晶，制得中間體1，將中間體1、4-丙烯基硫代氨基脲、乙醇和乙酸混合，在攪拌速率為120-140rpm，室溫條件下，攪拌4-6h，抽濾，乙醇重結(jié)晶，制得中間體2；
10、對羥基苯甲醛、3-溴丙炔、無水碳酸鉀和丙酮用量比為0.01-0.011mol：0.02-0.022mol：4.12-4.15g：30-35ml；中間體1、4-丙烯基硫代氨基脲、乙醇和乙酸1.6-1.65g：1.31-1.32g：20ml：0.8-1.2ml；
11、反應(yīng)過程中，對羥基苯甲醛中羥基與3-溴丙炔中溴反應(yīng)，形成醚鍵，制得中間體1，中間體1中醛基再與4-丙烯基硫代氨基脲中伯胺反應(yīng)，形成席夫堿結(jié)構(gòu)，制得中間體2。
12、步驟a2：將單-6-o-(疊氮基)-β-環(huán)糊精、中間體2和二甲基亞砜溶液混合，在攪拌速率為120-140rpm，溫度為30-35℃條件下，攪拌并加入五水硫酸銅和抗壞血酸鈉，反應(yīng)20-24h，再加入二氯甲烷和去離子水，收集有機(jī)相并以無水硫酸鈉干燥，乙醚沉淀，凍干，制得功能單體；
13、二甲基亞砜溶液中二甲基亞砜和去離子水體積比為3：1，單-6-o-(疊氮基)-β-環(huán)糊精、中間體2、二甲基亞砜溶液、五水硫酸銅和抗壞血酸鈉用量比為1.1-1.15g：0.35-0.36g：10-12ml：0.05-0.06g：0.1g；
14、反應(yīng)過程中，在五水硫酸銅和抗壞血酸鈉作催化劑的條件下，單-6-o-(疊氮基)-β-環(huán)糊精中疊氮基團(tuán)與中間體2中炔基反應(yīng)，形成三氮唑結(jié)構(gòu)，制得功能單體。
15、所述改性三嵌段聚輪烷通過如下步驟制得：
16、步驟b1：將聚乙二醇、三乙胺、4-二甲氨基吡啶和二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌速率為140-180rpm，溫度為0-5℃條件下，攪拌并加入2-溴代異丁酰溴，攪拌30-40min，再升溫至室溫，繼續(xù)反應(yīng)24h，旋蒸，四氫呋喃溶解，過濾，乙醚沉淀，過濾，干燥，制得大分子引發(fā)劑，將β-環(huán)糊精、大分子引發(fā)劑和去離子水混合，在攪拌速率為450-500rpm，溫度為室溫條件下，攪拌36h，離心，洗滌，凍干，制得聚準(zhǔn)輪烷；
17、聚乙二醇、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷和2-溴代異丁酰溴用量比為12-13g：0.42-0.45ml：0.49-0.52g：20-25ml：1-1.2ml；β-環(huán)糊精、大分子引發(fā)劑和去離子水用量比為0.34-0.35g：0.35-0.4g：10-15ml；
18、反應(yīng)過程中，在三乙胺和4-二甲氨基吡啶的作用下，聚乙二醇中雙端羥基與2-溴代異丁酰溴中酰溴結(jié)構(gòu)反應(yīng)，制得大分子引發(fā)劑，再在去離子水中，由于β-環(huán)糊精的內(nèi)腔疏水而外側(cè)親水的獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)，使得大分子引發(fā)劑穿過β-環(huán)糊精，制得聚準(zhǔn)輪烷。
19、步驟b2：將聚準(zhǔn)輪烷、丙酮和去離子水混合，在攪拌速率為80-120rpm，溫度為室溫條件下，攪拌并加入丙烯酰胺和五甲基二亞乙基三胺，攪拌10-15min，再加入碘化銅，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)10-12h，透析，凍干，制得嵌段聚準(zhǔn)輪烷，將嵌段聚準(zhǔn)輪烷、丙酮和去離子水混合，在攪拌速率為80-120rpm，溫度為室溫條件下，攪拌并加入2-甲基-6-[4-(2-苯基二氮基)苯氧基]己基酯-2-丙烯酸和五甲基二亞乙基三胺，攪拌10-15min，再加入碘化銅，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)10-12h，透析，凍干，制得三嵌段聚輪烷；
20、聚準(zhǔn)輪烷、丙酮、去離子水、丙烯酰胺、五甲基二亞乙基和碘化銅用量比為0.48-0.52g：5-7ml：5-7ml：0.2-0.24g：0.1-0.12g：0.06-0.07g；嵌段聚準(zhǔn)輪烷、丙酮、去離子水、2-甲基-6-[4-(2-苯基二氮基)苯氧基]己基酯-2-丙烯酸、五甲基二亞乙基和碘化銅用量比為0.32-0.34g：5-7ml：5-7ml：0.08-0.09g：0.062-0.064g：0.041-0.043g；
21、反應(yīng)過程中，在五甲基二亞乙基三胺和碘化銅的作用下，丙烯酰胺與聚準(zhǔn)輪烷鏈段兩端的2-溴異丁酸乙酯結(jié)構(gòu)發(fā)生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)，制得嵌段聚準(zhǔn)輪烷，再在五甲基二亞乙基三胺和碘化銅的作用下，2-甲基-6-[4-(2-苯基二氮基)苯氧基]己基酯-2-丙烯酸與嵌段聚準(zhǔn)輪烷鏈段兩端的2-溴異丁酸乙酯結(jié)構(gòu)發(fā)生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)，封端，形成聚輪烷結(jié)構(gòu)，制得三嵌段聚輪烷。
22、步驟b3：將三嵌段聚輪烷和去離子水混合，在攪拌速率為60-80rpm，溫度為室溫條件下，攪拌并加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)ph值為11，再在溫度為2-5℃條件下，攪拌并加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，繼續(xù)反應(yīng)10-12h，透析，干燥，制得改性三嵌段聚輪烷；
23、氫氧化鈉溶液摩爾濃度為1mol/l，三嵌段聚輪烷、去離子水和甲基丙烯酸縮水甘油酯用量比為1.2-1.4g：40-50ml：3.4-3.5g；
24、反應(yīng)過程中，在堿性條件下，甲基丙烯酸縮水甘油酯中環(huán)氧基團(tuán)與三嵌段聚輪烷中環(huán)糊精結(jié)構(gòu)上羥基反應(yīng)，從而引入雙鍵，制得改性三嵌段聚輪烷。
25、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明公開了一種接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的制備方法，通過引入功能單體和改性三嵌段聚輪烷，其參與到聚丙烯酰胺聚合過程中，在使用過程中，由于其主體含有聚輪烷結(jié)構(gòu)，且通過自身大分子之間主客體結(jié)合、疏水締合以及多重氫鍵相互協(xié)同作用，從而解決了現(xiàn)有聚丙烯酰胺耐鹽性能不足的問題，同時還較好地改善了其耐高溫性能和抗剪切性能；
26、在接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺作為壓裂液主體的使用過程中，由于接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺是以改性三嵌段聚輪烷為主體，在聚合過程中，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和功能單體中雙鍵，與改性三嵌段聚輪烷中環(huán)糊精結(jié)構(gòu)上雙鍵反應(yīng)，從而形成了主體為聚輪烷結(jié)構(gòu)、支鏈為聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)的接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺，而由于聚輪烷的滑環(huán)交聯(lián)結(jié)構(gòu)允許分子鏈在剪切下發(fā)生可逆滑移，從而避免了高溫強(qiáng)剪切對接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的損害，減少其性能損失；
27、同時由于其功能單體為含有環(huán)糊精結(jié)構(gòu)，而改性三嵌段聚輪烷的封端基團(tuán)中含有偶氮苯結(jié)構(gòu)，使得其在使用過程中可以通過主客體包合作用，且由于改性三嵌段聚輪烷本身的嵌段結(jié)構(gòu)，使得其極易發(fā)生疏水締合作用，而其含有硫脲基團(tuán)、偶氮苯結(jié)構(gòu)以及三氮唑結(jié)構(gòu)，使得其可以形成大量氫鍵，進(jìn)而促進(jìn)了不同的大分子之間形成動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而提高接枝改性耐鹽聚丙烯酰胺的耐鹽性能、耐溫性能以及抗剪切能力。