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维普资讯 第 21卷第 4期 胶体与聚合物 Vo1．21 No．4 2003年 12月 ChineseJournalofColloid＆polymer Dec．2003 疏水型高强度水凝胶的合成与性能 葛红江 刘希君 雷齐玲 (天津大港油 田公司研究中bT艺所 天津 300280) 摘 要 以丙烯酰胺和疏水单体为原料，过硫酸钾一硫酸亚铁为引发剂，采用溶液聚合法合成了疏水型 高强度水凝胶。研究了单体组成、单体浓度、引发剂用量、交联剂用量、反应温度等因素对产物性能的影响。对 比分析了疏水型水凝胶的吸水倍数、吸水速率和强度。疏水型水凝胶的强度大于常规高吸水性树脂，最长吸 水时间长 ，吸水速度平缓 。对疏水型高强度水凝胶强度进行 了统计 回归分析 ，对吸水速率和最长吸水时间进 行 了分析描述 。 关键词 疏水性；水凝胶；高强度；合成；溶液聚合 ；高吸水性树脂 高吸水性树脂 (在石油行业也称水膨体、体膨型聚合物、预交联凝胶等)是近年来在 国外石油行业研 究、应用都很广泛的油 田化学品[1q]。随着国内陆上油 田相继进入注水开发中后期 ，其需求量将越来越 大，对其性能的要求也越来越高。 通常对高吸水性树脂 的要求是吸水 (包括尿液、汗液 、盐水等)倍数高 (通常大于 100)；吸水快 ，最长 吸水时间可短到1~2min；对吸水后的凝胶强度几乎没有要求。而在石油工程堵水、调剖 、调驱作业中的 要求恰恰相反，要求吸水倍数在 5O倍左右，甚至在5倍以下，此时力学性能和高吸水性树脂在吸水100 倍以上的性能大不相同，已基本接近橡胶的力学特性；要求吸水越慢越好，吸水 曲线接近直线。对最长吸 水时间的要求不是 1~2min而是5～10d；要求在达到最大吸水量后，凝胶不仅具有一定的强度、而且呈 弹性而非塑性状态 (类似橡胶而非塑料)。 由于这类吸水树脂 的性能和常规的高吸水性树脂差异很大 ，采用常规合成高吸水性树脂的单体和 原料很难得到满足以上要求的 “高强度水凝胶”。 可以认为疏水型高强度水凝胶是疏水改性水溶性聚合物[4经过适度交联得到的，本文采用疏水单 体和亲水单体共聚的方法制备疏水型高强度水凝胶 。 l 实验部分 1．1 单体选择 可供选择的亲水单体有丙烯酸 、丙烯酸盐、丙烯酰胺 、顺丁烯二酸酐等 。根据水膨体结 构参数和膨胀倍数之间的关系(Flory方程 )要得到强度高吸水量小的水凝胶 ，非离子单体 (对水的亲 和力相对较弱)是理想的选择 ，而不用高吸水性树脂 中常用的丙烯酸。 在没有疏水单体的情况下，为了得到较小的吸水量，只有提高交联密度，然而提高交联密度得到的 水凝胶的弹性降低脆性增加。根据Flory方程 ，引入疏水性单体，降低聚合物对水的亲和力同样也能降 低吸水能力。可选择的疏水性单体有醋酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯等 。选择疏水性单体时除要注意单体的 疏水性，还要考虑疏水单体和亲水单体的共聚情况 。本文选用了丙烯酰胺基十二烷基磺酸(AMCxzS)。 1．2 聚合步骤 将一定量亲水单体和疏水单体 、N，N一亚 甲基双丙烯酰胺、乳化剂和水放人反应器 中，通人氮气 ，在4O_C下搅拌10min，加入过硫酸钾和硫酸亚铁 ，搅拌10min。然后将混合液倒人可密封的 特定模具中在6OC下，2h完成聚合，最终得到特定形状的高强度水凝胶 。将其放人0．8 NaC1溶液中浸 · 收稿 日期 ：2003—05—05 维普资讯 第 4期 葛红江等：疏水型高强度水凝胶的合成与性能 泡 ，测试其各种性能 。 1．3 最大吸水倍数 、吸水速率 、拉伸 (抗拉)强度的测量 吸水倍数的测定采用 自然过滤法 ，将一定质量 M1的吸水剂放人大量的0．8 NaC1水溶液中，待溶涨到吸水饱和后 ，用筛 网将剩余水溶液过滤 出。用 滤纸迅速吸去凝胶表面的水 。然后测其质量M2。则其吸水倍数Q为Q=(M2一 1)／ 1。当吸水倍数 不再增加时的吸水倍数为最大吸水