CN103923257B - 复合超吸水树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合超吸水树脂，由以下重量百分比的组分制成：1?5%的丙烯酰胺；5?10%的丙烯酸；10?20%的2?丙烯酰胺?2?甲基丙烷磺酸盐；20%?30%的高岭土、膨润土或菱苦土；余量为水。本发明还提供了该复合超吸水树脂的制备方法。本发明提供的复合超吸水树脂使用成本低且同时具备较高的吸水倍率1200g/g和吸盐水倍率90g/g，可大规模应用于油田开采过程中，如钻井堵漏、固井以及酸化压裂等方面，也可用于农林园艺领域中的抗旱节水、水土保持以及建筑领域中的止水堵漏、防结露以及调湿除湿等方面。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种复合超吸水树脂及其制备方法。
背景技术
高吸水树脂是一种具有高吸水、保水能力的轻度交联的功能高分子材料，主要应用于医疗卫生、农林园艺以及建筑材料等领域。近年来，高吸水树脂在石油工业中也逐步得到应用，例如油田开采过程中的钻井堵漏、固井以及酸化压裂等方面。然而，目前已开发的工业化高吸水树脂产品普遍成本偏高，即使具有良好的吸水性和耐盐性，也难以大规模应用于上述石油钻探工程领域，因此，开发适用于该工程领域的成本低廉且性能优良的复合超吸水树脂十分必要。我国矿物黏土资源丰富，低廉易得，其本身具备一定的吸水能力，此外还具有表面多羟基、可交换性阳离子、分散性和亲水性等特点，可与有机树脂复合形成黏土/有机树脂复合吸水材料，因此，通过引入廉价的无机矿物黏土开发低成本、性能良好的复合吸水材料具有可行性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种低成本、能同时保证较高的吸水倍率、吸盐水倍率的复合超吸水树脂。
本发明的另一目的是提供一种复合超吸水树脂的制备方法。
为此，本发明的技术方案如下：
一种复合超吸水树脂，所述超吸水树脂是由丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐以及一种矿物黏土，四种单体通过水溶液法共聚而成。
共聚过程中各反应原料的重量百分比组成为：1-5％的丙烯酰胺；5-10％的丙烯酸；10-20％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐；20％-30％的矿物黏土，该黏土为膨润土、高岭土、菱苦土中的任意一种；0.30-0.45％的引发剂，该引发剂由过硫酸铵或过硫酸钾与亚硫酸氢钠组成的引发剂体系，该体系中过硫酸铵或过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为7：1；0.1％的交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，余量为水。
制备工艺步骤如下：将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐加入蒸馏水中，充分搅拌至单体溶解；之后加入丙烯酰胺和黏土，充分搅拌后加入氢氧化钠中和反应溶液的pH值至8-9，之后依次加入引发剂和交联剂，40-80℃恒温反应3-6小时后，烘干、粉碎、造粒得到产品。
矿物黏土属于天然良性添加材料，且资源丰富，价格低廉。本发明将三种黏土材料膨润土、高岭土和菱苦土作为合成添加材料引入所述超吸水树脂及其制备过程中，因而能够显著降低成本。另外，该超吸水树脂具有良好的性能，体现在与现有高吸水树脂相比，同时具备较高的吸水倍率和吸盐水倍率，二者分别达到1200g/g和90g/g。由于该复合超吸水树脂成本低且性能良好，所以能够大规模应用于油田开采过程中诸如钻井堵漏、固井以及酸化压裂等方面。此外，在类似的工程、建筑领域中，如止水堵漏、防结露以及调湿除湿以及农林园艺领域中的抗旱节水、水土保持等方面也同样适用。
具体实施方式
实施例1
复合超吸水树脂的制备：制备过程中各反应原料的重量百分比组成为：5％的丙烯酰胺；10％的丙烯酸；15％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐；20％的高岭土；0.4％的过硫酸铵、亚硫酸氢钠引发剂体系、0.1％的交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，余量为水。具体步骤：按照上述重量百分比组成，先将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐加入蒸馏水中，充分搅拌至单体溶解，之后加入丙烯酰胺和高岭土，充分搅拌后再加入氢氧化钠中和溶液pH值至8-9，之后继续向溶液中加入引发剂和交联剂，60℃恒温反应4小时后烘干、粉碎、造粒得到产品。
吸水倍率及吸盐水倍率的测定：采用筛滤法进行测定，具体步骤如下：称取0.5g超吸水树脂样品放入烧杯中，加入蒸馏水500mL或质量分数为0.9％的NaCl溶液250mL，室温30℃静置吸水，达到饱和后用网筛滤去游离的水，静置20分钟后称重，并根据公式Q＝(W-W0)/W0分别计算吸水倍率及吸盐水倍率，式中：Q为吸水倍率或吸盐水倍率；W0吸水前树脂样品质量；W为吸水或吸盐水后的凝胶质量。
根据上述方法测得复合超吸水树脂的吸水倍率和吸盐水倍率分别为1214g/g和90.5g/g。
实施例2-19
为充分证明本发明中复合超吸水树脂及其制备方法的可行性，实施例2-19改变了制备过程中各组分的成分、配比以及反应条件(温度和时间)，其余方法步骤，包括吸水倍率及吸盐水倍率的测定均与实施例1相同，详见表1。表1实施例2-19中各组分的成分、配比、反应条件及性能测试结果，表中的各实施例中，除列出的各组分外，余量为水
*注：AM、AA、AMPS分别为：丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐的简称,A和B分别代表过硫酸铵、亚硫酸氢钠体系和过硫酸钾、亚硫酸氢钠体系
本发明技术方案采用了价格低廉的黏土作为合成原料之一，显著降低了产品成本。在性能方面，目前已开发的高吸水树脂的吸水倍率基本为900-1400g/g，吸盐水倍率为60-90g/g，相比之下，通过本发明技术方案获得的复合超吸水树脂同样具备较高吸水倍率和吸盐水倍率，二者分别达到1200g/g和90g/g。
以上依然只是本发明的部分实施例，只要符合本发明技术方案中反应原料的成分、配比范围以及反应条件范围，制备获得的超吸水树脂样品均可达到发明效果。
Claims (3)
1.一种复合超吸水树脂，其特征在于：由以下重量百分比的组分：
通过如下步骤制备获得：
1)将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐加入蒸馏水中，充分搅拌至单体溶解，之后加入丙烯酰胺和黏土，充分搅拌；
2)加入氢氧化钠，调整溶液pH值至8-9；
3)加入引发剂和交联剂，在40-80℃恒温反应3-6小时；
4)烘干、粉碎、造粒，
其中所述黏土为膨润土、高岭土、菱苦土中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的复合超吸水树脂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾与亚硫酸氢钠组成的引发体系，过硫酸铵或过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为7:1。
3.根据权利要求1所述的复合超吸水树脂，其特征在于：所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
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