[发明专利]制备和使用高分子量丙烯酰胺聚合物的方法

说明书

本发明一般地涉及丙烯酰胺聚合物的制备和使用，更具体地是指高分子量和超高分子量阴离子丙烯酰胺聚合物的制备方法及在各种工业絮凝应用上这些物质的使用方法。

丙烯酰胺聚合物(即“聚丙烯酰胺”，“PAMs”)的水溶液在诸如工业和污水废弃物的增稠和脱水及混浊水溶液的澄清(即通过絮凝技术)等应用方面是有用的。此外，例如授予Phillips等的美国专利No.4,034,809所描述的，这些物质也被发现在二次采油和三次采油过程中有用，在这些过程中将聚合物溶液引入地下含油层以利于增加回收的原油量。

PAMs典型地以粉末状或细碎的固体形式得到，溶解在水中形成水溶液，用于特殊的用途。但是，将这些干的聚合物溶解于水是困难的，也是费时的，特别是在用水解的丙烯酰胺的情况下。这是因为干的聚合物不易分散在液体中，而与水接触时有形成块状的倾向。溶解这样的块状物典型地需要延长时间，有时长达6-10小时。

授予Anderson等的美国专利No.3,624,019公开了一种包括油包水乳剂的聚合物胶乳，其中分散着水溶性乙烯基加成聚合物溶液的微细液滴。该文献中公开的较佳聚合物为聚丙烯酰胺。Anderson等描述的含聚合物乳剂是稳定的。当转入水中时，与上述干的固体聚合物溶解需要较长时间(6-8小时)相比，该聚合物在很短的时间内即变成溶液。授予Vanderhoff等的美国专利No.3,284,393描述了油包水聚合过程和胶乳聚合物的制备方法。

但是，伴随着上述类型丙烯酰胺聚合物晶格而来的主要问题是，当它们水解时，胶乳变得不稳定。存在于胶乳内的聚合物凝结并从油包水乳剂中沉淀出来，因而得到的产物很少或没有商业价值。

授予Connelly等的美国专利No.4,171,296公开了一种水解聚合物胶乳中的丙烯酰胺聚合物的方法，该胶乳包括含细碎聚丙烯酰胺的油包水乳剂，在水解前通过加入稳定的碱性有机表面活性剂使胶乳达到稳定化。制备丙烯酰胺聚合物乳剂的方法包括用偶氮催化剂(2，2′-偶氮二异丁腈)使丙烯酰胺单体聚合及相继的单体加成过程。该文献所公开的内容也限于分子量从10,000至25,000,000范围的聚合物的制备。

已知诸如Connelly等公开的那些分子量≤约25,000,000的聚合物对不利的副反应相对地不敏感。在超高分子量PAMs中有较高倾向出现这样的反应，即聚合物的分子量越高，该聚合物交联的倾向越大。人们知道，这些副反应导致聚合物的性能降低。因此，本领域技术人员总是通过使用低至中等分子量丙烯酰胺聚合物试图避免这些反应。

因此，对于部分水解的高和超高分子量丙烯酰胺聚合物用于增稠和絮凝应用，本领域工作人员有着长期亲身体会的需要。当减少或完全消除支链反应度时，用于水解高分子量丙烯酰胺聚合物乳剂以分别形成高和超高分子量聚合物的有效、高效方法既是合乎要求的，也是必需的。超高分子量聚合物因其较有效地絮凝固体的能力而特别有用，因而甚至有更大的价值。

本发明的目的在于提供一种性能改善的絮凝剂的制备方法，该絮凝剂是溶液粘度约为7m Pa.s或更高的部分水解的聚合物。

本发明制备的絮凝剂包含部分水解的“高分子量”丙烯酰胺聚合物，使用“超高分子量”聚合物更佳。这些术语进一步定义如下。

如本说明书所用的，术语“絮凝剂”一般用来表示能从含较多固体颗粒的液流中除去固体颗粒以得到基本澄清的流出液的任何物质。而说明书中所用的“絮凝”广泛地包括用于流出液例如工厂废水流澄清的各种方法。

本文所用的短语“高分子量”指分子量至少为约10,000,000的丙烯酰胺聚合物。此外，如本文所用的短语“超高分子量”表示分子量至少为约27,000,000的聚合物。如上面所提到的，超高分子量聚合物是本发明使用上较佳者。为方便起见，除非下文中另指，本文所用短语“高分子量”包括上面定义的“高分子量”和“超高分子量”聚合物。