水包水乳液合成及其影響因素研究

摘 """""要：以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以復合分散體系為分散劑，以氧化還原體系為引發劑，合成了陰離子水包水乳液。通過實驗研究了合成條件對分散聚合產品性能的影響，并分別考察了引發劑用量、分散劑類型、分散劑用量以及單體有效質量分數對水包水分散聚合的影響，最終確定適宜的合成條件為：引發劑用量（質量分數，下同）為0.4%～0.8%，自制低聚物分散劑用量為8%～12%，單體有效質量分數為15%～21%。

關 "鍵 "詞：水包水；聚丙烯酰胺；粒徑；影響因素

中圖分類號：TQ316.3 """"""""文獻標志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0372-03

水包水乳液具有連續相和分散相，兩相均為水溶性，但兩相之間不互溶。對于水包水體系在國內應用較少，大多為陽離子水包水，主要用于造紙助劑，針對陰離子水包水的合成評價文獻資料很少，文獻資料中合成產品的相對分子質量偏低，穩定性偏差，缺少對產品的系統評價^[1-10]。

以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以復合分散體系為分散劑，以氧化還原體系為引發劑，合成了陰離子水包水乳液。通過實驗分析了引發劑用量、分散劑用量以及單體有效質量分數對水包水分散聚合的影響，并根據油田市場需求，針對性地合成了4種油田助劑^[11-17]。

1 "實驗部分

1.1 "實驗試劑

丙烯酰胺、丙烯酸，工業級，山東諾爾生物科技有限公司；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，工業級，山東聯盟化工集團有限公司；MPEG-2000，工業級，江蘇海安石油化工廠；聚乙烯吡咯烷酮，工業級，濟南榮正化工有限公司； 氫氧化鈉，工業級，濱化集團股份有限公司。

1.2 "水包水乳液的合成

低聚物分散劑的制備：在2 000 mL玻璃杯中加入50 g丙烯酰胺、50 g丙烯酸、50 g AMPS和813 g純水，充分溶解后，再緩慢加入37 g氫氧化鈉，調整體系pH至6.0，吹氮氣30"min后將溫度升高至30 ℃，加入過硫酸銨引發聚合反應，反應完成后得到自制低聚物分散劑。

水包水分散液制備：將一定量的分散劑、AMPS、丙烯酸、硫酸銨、水和丙烯酰胺加入玻璃杯中，充分溶解后，用氫氧化鈉緩慢中和至pH為6.8～7.0；將體系溫度升高至25 ℃，并通氮氣30"min除氧，再加入一定量的過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉引發聚合反應，反應過程中攪拌器轉速為300 r·min^-1，反應完成后繼續保溫4～6 h；將反應完成的物料用80目（0.18 mm）篩網過濾。

1.3 "檢測方法

表觀黏度測試：將樣品充分搖勻后，在250 mL燒杯中加入約200 mL產品，在25 ℃下用布氏黏度計測定產品表觀黏度。

相對分子質量測試：采用GB/T 12005.1—1989中方法測試產品相對分子質量。

水解度測試：按GB/T 12005.6—1989的規定進行測定，同時測試并減去蒸餾水的空白值。

粒度分布測試：將定量的水包水乳液用38%的硫酸銨水溶液稀釋至一定的倍數，用丹東百特儀器有限公司Bettersize2600激光粒度分布儀測定水包水乳液顆粒的平均粒徑及其分布。

2""水包水乳液合成影響因素研究

影響水包水分散聚合的因素較多，主要通過實驗分析了引發劑用量、分散劑類型以及單體有效質量分數對水包水分散聚合的影響。

2.1 "引發劑用量對水包水乳液的影響

為研究引發劑用量對水包水乳液的影響，實驗中選擇自制分散劑的用量為10%，單體有效質量分數為20%，硫酸銨用量為25%，單體物質的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發劑過硫酸鉀與亞硫酸氫鈉的質量比為5∶2，選取引發劑總用量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%進行實驗，結果如表1所示。

由表1可以看出，當引發劑用量為0.2%時，體系中自由基濃度過低，聚合反應的活性中心少，反應體系中的雜質及其他因素會導致反應提前終止，使聚合物鏈較短，相對分子質量較低，在鹽水介質中難以析出。在引發劑用量從0.4%增加到1.0%過程中，體系中引發劑自由基產生速率增快，引發速率增大，聚合反應的活性中心數目增加，相對分子質量逐漸降低。隨著引發劑用量的增加，聚合物顆粒的粒徑逐漸增大，這是由于低聚物之間發生聚并，導致粒徑變大。綜上，確定的適宜引發劑用量為0.4%～0.8%。

2.2 "分散劑類型對水包水乳液的影響

針對分散劑類型對水包水乳液的影響進行實驗研究，實驗中固定有效質量分數為20%，單體物質的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，分散劑用量為10%，選取MPEG-2000、聚乙烯吡咯烷酮和自制低聚物分散劑進行實驗，結果如表2所示。

由表2可以看出，分散劑類型對水包水乳液的聚合有非常大的影響，由MPEG-2000分散劑制得的水包水乳液表觀黏度較大，水包水乳液流動性差；聚乙烯吡咯烷酮分散劑的分散性較差，在水包水合成過程中無法形成均勻分散乳液；自制低聚物分散劑在水包水乳液聚合過程中能有效地進行分散，制備的水包水乳液具有較好的流動性，且合成的水包水乳液有較高的相對分子質量。綜上，確定適宜的分散劑類型為自制低聚物分散劑。

2.3 "分散劑用量對水包水乳液的影響

針對分散劑用量對水包水乳液的影響進行實驗研究，實驗中固定有效質量分數為20%，單體物質的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，選取自制低聚物分散劑的用量為6%、8%、10%、12%、14%進行實驗，結果如表3、表4所示。

由表3、表4可以看出，隨著分散劑用量的增加，水包水乳液的表觀黏度逐漸增大，粒徑逐漸減小，相對分子質量先增大后減小。分散劑用量對于分散聚合至關重要，當分散劑用量為6%時，析出的聚合物無法被分散劑充分吸附穩定，因而無法形成乳液，體系呈膠塊狀。當分散劑用量較少時，聚合物顆粒表面的電荷斥力和空間位阻作用減弱，部分聚合物顆粒聚集形成大顆粒，導致聚合物顆粒平均粒徑大。當分散劑用量較大時，單個膠粒粒徑較小，膠粒中單體質量分數較低，導致聚合的相對分子質量偏低。綜上，確定適宜的分散劑用量是8%～10%。

2.4 "單體有效質量分數對水包水乳液的影響

影響水包水乳液相對分子質量及穩定性的因素較多，其中單體質量分數對水包水溶液有較大影響，實驗中固定自制低聚物分散劑的用量為10%，單體物質的量比為n（AM）∶n（AA）∶n（AMPS）=40∶9∶1，引發劑用量為0.6%，硫酸銨用量為25%，選取單體有效質量分數為15%、18%、21%、22%、24%進行實驗，結果如表5所示。

由表5可以看出，隨單體有效質量分數的增加，聚合物的粒徑逐漸增大，黏均相對分子質量先增大后降低。單體有效質量分數過高時，流動性逐漸變差，甚至不能分散。這是因為單體有效質量分數較高時，反應速度快，聚合微粒易發生聚并，形成較大粒徑，不利于分子鏈的增長，導致相對分子質量降低，若超過一定限度則產生膠狀物。單體有效質量分數較低時，每個微粒中單體質量分數過小，形成的聚合物相對分子質量較低。綜上，確定適宜的單體有效質量分數為15%～21%。

3 "結 論

1）采用分散聚合工藝，以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，以自制低聚物為分散劑，以氧化還原體系為引發劑，合成了陰離子水包水乳液。

2）確定了影響水包水分溶液合成的主要因素為：引發劑用量、分散劑類型、分散劑用量以及單體有效質量分數。通過實驗得出適宜的合成條件為：引發劑用量為0.4%～0.8%，自制低聚物分散劑用量為8%～12%，單體有效質量分數為15%～21%。

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Study on Synthesis of Water-in-Water Emulsion and Its Influencing Factors

FU Xin， YU Pengpeng， REN Kai， ZHAO Taotao， SUN Jianbo

（Shandong Nuoer Biotechnology Co.， Ltd.， Dongying Shandong 257000，"China）

Abstract："Anionic water-in-water emulsion was synthesized with acrylamide， acrylic acid and 2-acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid as monomers， composite dispersion system as dispersant and redox system as initiator. The influence of synthesis conditions on the performance of dispersion polymerization products was studied through experiments， and the effects of initiator dosage， dispersant type， dispersant dosage， and effective monomer mass"fraction"on water-in-water dispersion polymerization were investigated. The optimal synthesis conditions were determined as follows： initiator dosage 0.4%～0.8%， self-made oligomer dispersant dosage 8%～12%， and effective monomer mass"fraction"15%～21%.

Key words：""Water-in-water; Polyacrylamide; Particle size; Influence factor