聚丙烯酰胺是一類重要的水溶性聚合 物，具有廣泛地應用領域高分子質量的聚丙 烯酰胺主要用作絮凝劑；中等分子質量的用 作紙張的幹増強劑；而低分子質量的可用作 分散劑。由此可見分子質量對聚丙烯酰胺的 應用有很大影響在製備高分子質量和低分 子質量聚丙酰胺並不難，但要獲得一係列中 等分子質量的聚丙烯酰胺並不容易。用降解 法，並對條件加以控製，可得到不同分子質量 的聚丙烯酰胺材料[12]

隨著油田二次采油的普及，聚丙烯酰胺 在油田的三元複合驅油體係中的應用日益廣 泛，因為它可提高原油的采取效率[3]聚合物 的主要功能是降低油水流度比及調整滲透剖 麵[4]存在的問題是，在操作過程中聚丙烯酰 胺在井下的殘留量會逐漸聚集，模擬計算表 明其滯留量為注入量的25%~ 53. 0%[5]。聚丙烯酰胺在水介質中的低溫化學降解，滯 留在井下的聚丙烯酰胺由於剪切而會降 解[6]，從而導致新注入的聚丙烯酰胺粘度的 降低，而影響驅油效果。但是聚丙烯酰胺的降 解在某些易堵塞部位卻可起到淨化水質、有 利於回注或解堵的作用[7由於三元複合驅

油技術的應用剛剛開始，所以聚丙烯酰胺在 井下的聚集問題尚未突出，關於這方麵的研 究國內外皆少見報導

1試驗方法

1. 1原材料

聚丙烯酰胺A為國產品，相對分子質量 為1 200萬；聚丙烯酰胺B為進口產品，相對 分子質量為1 500萬。其它化學藥品均為國 產，分析純所用降解劑皆為過氧化物如過硫 酸鉀、過氧化氫或過硫酸鉀疏代硫酸鈉氧化 還原體係

1. 2聚丙烯酰胺的降解反應及降解產物相 對分子質量的測試

聚丙烯酰胺的降解反應在爾型微生

物多用培養箱中進行，每隔一段時間取出試 樣，用烏式粘度計測其特性粘度[Z]，並由 Mark-HouwinK方程計算試樣相對分子質 量，同時用NXS-I型旋轉粘度計測聚丙烯 酰胺溶液粘度由粘度和相對分子質量的變 化來表征聚丙烯酰胺的降解程度(相對分子 質量下簡稱分子質量）

1.3聚丙烯酰胺的水解

聚丙烯酰胺水解度的測定采用國標GB 12005. 6- 89所載方法測定，以甲基橙和 靛藍二磺酸鈉為指示劑，用標準鹽酸滴定聚 丙烯酰胺的水溶液，由此計算聚丙烯酰胺的 水解度[1]

2結果與討論

2.1過氧化物體係的選擇

聚丙烯酰胺（PAM)的降解反應在40°C 微生物培養箱中進行，所加的降解劑均為水 溶性的過氧化物(如過硫酸鉀、過氧化氫過 硫酸鉀疏代硫酸鈉）若以降解反應前聚丙 烯酰胺的分子質量M為基準，則降解後聚 丙烯酰胺的分子質量M與M。之比（M/M。） 就可表示分子質量降低的程度圖1和圖2 是表示3種不同降解劑(過氧化物體係)對聚 丙烯酰胺降解反應的影響，聚丙烯酰胺在水介質中的低溫化學降解，圖中曲線1為未 加任何化學降解劑時的降解產物分子質量和 溶液的粘度對降解時間的關係

由圖1可見，純聚丙烯酰胺水溶液在 40°C時幾乎不發生降解反應加入降解劑時， 聚丙烯酰胺明顯地發生了降解反應尤其是 在降解初期，分子質量急劇下降表示降解得 很快；2h之後，分子質量降低趨向緩慢；8h 之後，分子質量幾乎不再降低，表示降解基本 停止這是因為反應初期，過氧化物分解產生 大量的自由基，從而引發聚丙烯酰胺大分子 的降解，使分子質量快速降低與此同時，大 量的自由基又會相互作用，導致鏈降解終止， 

也使自由基濃度逐漸下降，因此形成上述變 化趨勢圖1所示的3種降解劑，盡管它們對 聚丙烯酰胺的降解速度和降解程度有所不 同，但降解規則卻基本相同。從降解過程分析 來看，這一點是不難理解的。

 

1 未加降解劑；2 H2O2；

3K2§2〇| Na2§2〇3; 4K2S2O8

圖1降解劑對PAM分子質量的影響

 

1 未加降解劑；2 H2O2;

3 K2§2〇8-Na2§2〇3; 4  K2 S2〇8

圖2降解劑對PAM溶液粘度的影響

3種降解劑對聚丙烯酰胺初期的降解速 度的影響情況，可按大小順序排列如下： K2S2〇8-Na2Sz〇3> K2SZ〇8> H2O2

這與它們的分解活化能（Ed)大小順序 正相反(如表1所示），過硫酸鉀-硫代硫酸鈉 為氧化還原體係，故產生自由基的速度最快， 誘發聚丙烯酰胺降解的速度也最快;另一方 麵，由於自由基濃度高，導致相互作用而終止 的機會大，故2h後降解速度下降也最快，從 而在8h後的降解程度反而比過硫酸鉀低

表1過氧化物分解活化能Ed

K2S>O8-NazS2O2K2S2O8HZO2

Ed/(kJ。mol-1) 41. 9140220

比較由烏式粘度計測得的聚丙烯酰胺降 解過程中分子質量變化曲線和旋轉粘度計測 得的聚丙烯酰胺水溶液粘度變化曲線(如圖 2所示），可以發現,對每一種降解劑來說，聚丙烯酰胺在水介質中的低溫化學降解，分 子質量的變化趨勢和溶液粘度的變化趨勢完 全相同。

2.2降解溫度對聚丙烯酰胺降解反應的影 響

溫度是影響聚合物降解的另一主要因 素。本文考察了含有0. 029 6mol/L過硫酸鉀 的聚丙烯酰胺溶液分別在30°C、40°C、50°C 和60°C下的降解反應。由圖3和圖4可見， 當溫度從30C升高到50C時,由於過氧化物 分解產生自由基的速度加快，所以聚丙烯酰 胺降解程度得以提高。但當溫度從50C升高 到60C時，溫度對降解的影響並不大，這可 能是溫度升高後，自由基誘發聚丙烯酰胺降 解作用與由於自由基濃度加大而導致其相互 結合而使降解作用下降相抵消的緣故。依據 下列引發劑分解速率方程可計算出T1溫度 和T2溫度下分解速率常數（細，細)即

嚐=i)(1)

71994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. https://www.(

式中：Ed= 1. 40 kJ/mol; R= 6. 25J/(mol。 K) 

 

 

圖4降解溫度對PAM溶液粘度的影響

不同溫度下過硫酸鉀的分解速率常數及半衰 期的計算結果列於表2中。

表2不同溫度下過硫酸鉀的分解速率常數和

半衰期

溫度/C30405060

1c7/s-1 0. 2971. 789. 531. 6

11/2 /h6481108120260

kd(30〇C ): =1: 3. 37:ka(40〇C )： 18: 108:kd(50〇C )： kd(60〇C )

2.3過硫酸鉀濃度對聚丙烯酰胺降解的影

反應影響為40°C時，考察過硫酸鉀濃度 在 0. 008 9mol/L〜0. 059 62mol /L範圍內變 化時對質量濃度為0.6%的聚丙烯酰胺水溶 液降解速度和降解程度的影響圖5和圖6 分別為聚丙烯酰胺分子質量和溶液粘度隨時 間的變化關係由圖可見，盡管所加過硫酸鉀 濃度不同，但聚丙烯酰胺在水溶液中的降解 趨勢是相似的在降解反應的最初2h以內， 聚丙烯酰胺的分子質量和粘度急劇下降，此 後分子質量和粘度的變化均趨於平緩。

在相同降解反應時間內，聚丙烯酰胺在水介質中的低溫化學降解，隨著過硫酸鉀濃 度的增加,聚丙烯酰胺分子質量和溶液粘度降 低的幅度則增大，這說明降解程度在提高

 

[K2Sz〇8]/(m〇l。L-1):_—— 0.05962；

籲一一0. 02962; ▲—— 0.01481;^—— 0. 0089

圖5過硫酸鉀濃度對PAM分子質量的影響

2. 4聚丙烯酰胺水解對粘度測量的影響

由水解度分析得知，聚丙烯酰胺的水解 度為23. 41%;在過硫酸鉀的水溶液中降解 反應2h後，其水解度為27. 97%。以上兩種 不同水解度且皆含0.03%聚丙烯酰胺的水 溶液對應的粘度分別為1. 79cP和1. 82cP 這一方麵說明聚丙烯酰胺在本試驗條件下水 解程度並不大;另一方麵也說明即使發生部 分水解，聚丙烯酰胺在水介質中的低溫化學降解，對聚丙烯酰胺水溶液粘度的影響也 不大，因此用粘度的變化來表征聚丙烯酰胺 的降解程度是可靠的。