2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸

Vol 14 No精细与专用化学品第14卷第1期Fine andsalty Chels2006年1月6日新品介绍2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸肖稳发*徐子成陈思浩徐菁利张红上海工程技术大学化学化工学院,上海200336)摘要:介绍了2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMⅣS)的性质和制备方法综述了由AMPS单体制备的均聚物或共聚物在油气开采、水处理工业、涂料工业生物医学、工程材料等领域的应用。AMPS均聚物和共聚物的抗盐性、抗温性和抗剪切性为我们解决油气田开发中的复杂问题提供了重要的手段加强AMPS在油田化学剂中开发和应用研究具有广阔的发展前景关键词:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸;油田化学品;水处理化学品2-Acrylamido-2-methylpropane Sulfonic AcidXIAO Wen-fa, XU Zi-cheng CHEN Si-hao, XU Jing-li, ZHANG HongCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai University of Engineering Science Shanghai 200336 ChinaAbstract: The properties and preparation methods of 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid( AMPS )were re-viewed. Applications of its homopolymers or copolymers in oil-gas exploitation water treatment industry coatings, biolal drugs and engineering materials were summarized. The properties of heat resistance salt tolerance and shear resistanceof the homopolymers or copolymers prepared from AMPS monomers provide important means to solve complex problems inexploitation of oil-gas fields. To strengthen the research works on developing AMPS-based reagents and their application inoilfields would make wide prospects for theKey words: 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid i chemicals for oilfield water treatment chemicals2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(2- acrylamido-2-究起步较晩90年代初期,我国一些科研院所相继methylpropane sulfonic acid,AMPS)是一种白色结开展了AMPS合成的技术研究并取得成功。晶熔点185℃溶于水其水溶液呈酸性溶于二甲AMPS的均聚物和AMPS与其他单体的共聚物基甲酰胺部分溶于甲醇、乙醇滩溶于丙酮微有酸广泛应用于纺织、印染、塑料、涂料、造纸、废水处理味。由于其分子结构中具有不饱和双键并具有强阴日化、皮革和油田化学等领域。AMPS用于腈纶纤离子性和亲水性官能团磺酸基所以AMPS具有良维的改性单体可显著提高纤维的可纺性、染色性、好的聚合性能可以自身均聚也可以与其他多种单抗静电性、耐磨性、白度和透明度;AMPS用于制备体共聚合成上百万乃至上干万的高相对分子质量高吸水树脂可改善树脂吸盐水的能力聚合物。该类聚合物具有水解稳定性及热稳定性是近年来开发的具有广泛用途的新型磺酸基单体制备方法-3AMPS是美国 Lubrizol石油公司在20世纪70年代初以两步法首先实现工业化生产的。70年代AMPS的制备方法目前主要采用日本日东化学末期日本日东化学公司改进了美国两步法工艺用公步法实现了工业化生产。我国开展AMPS合成研烯YH中国煤化工原料为丙烯腈、异丁CNMHG下*收稿日期:20050920基金项目:上海市重点学科建设项目资敗项目编号1402)上海市教委自然科学基金重点资助项目(项目编号Ω4NAOI作者简介:肖稳发(1963-)男教授主要从事精细化学品的合成与应用研究工作已公开发表论文50篇。2006年1月6日肖稳发等∷2丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸13CH, CHCN +CH, C CH3)+H2 SO4与丙烯酰胺和N,V-二甲基丙烯酰胺的共聚物、H, CHCONHC CH3 )CH2 SO3HAMS与腐植酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水钻在带有搅拌的夹套反应器中加入一定量丙烯井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液和海水钻井液中腈用夹套冰冻盐水把丙烯腈冷却,然后开动搅拌均具有较好的降滤失和抗温、抗盐能力缓慢加入发烟硫酸。由于反应放热必须通过冷却粘土分散和其他因素造成的污染往往引起钻井控制釜中反应温度。滴加完硫酸以后保持一段时液的粘度增加此时需要用降粘剂来控制钻井液的间开始通入异丁烯。同样必须通冷水控制反应温流变性。常见的用量最大的钻井液降粘剂为铁铬木度。通完异丁烯以后保持一定时间。然后过滤滤质素磺酸盐( FCLS ) AMPS与丙烯酸和甲基丙烯饼经过真空干燥、破碎、筛分、包装即为成品。物料酸的三元共聚物用做钻井液降粘剂取代FCS既保配比为派丙烯腈)κ(异丁烯)κ(发烟硫酸)留了FCLS良好的抗盐性能和抗温性能又克服了0.29:0.30:0.56。FCLS的毒性。研究表明三元共聚物比二元共聚物该工艺具有投资少工艺设备简单、反应周期的抗高价金属离子的能力更强短、产品纯度高、收率好等优点是目前制备AMPS2.3完井液和修井液添加的主要方法。AMPS与丙烯酸和衣康酸的共聚物可用做配制2在石油工业中的应用海水、盐水的增粘剂使完井液粘度提高4倍以上,并且具有良好的热稳定性克服了传统聚合物在盐AMPS在油田化学领域中的应用较为广泛涉水体系中粘度下降的缺点。及的范围包括钻井液处理剂油井水泥外加剂酸化2.4油田水处理剂剂、压裂剂、完井液和修井液的添加剂、堵水剂、三次AM門S的均聚物或与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺采油驱油剂、分散剂、含油污水处理剂等。最常见的等形成的共聚物可用做油田污水处理的絮凝剂污是AMPS与丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、N乙基吡咯泥脱水剂和防垢阻垢剂。F. Goodrich公司推出的由烷酮、N八-二甲基丙烯酰胺等单体形成的二元、三AM門S、丙烯酸和苯乙烯磺酸钠组成的三元共聚物对元和多元水溶性共聚物。以AMPS与甲基丙烯酸、硫酸钙垢和磷酸钙垢都有很好的抑制作用其阻垢丙烯酰胺制成的三元共聚物用做固井水泥外加剂,率均达到97%以上。文献资料表明以AMPS共聚可起到良好的高温缓凝作用与NN二甲基丙烯酰物作水处理剂具有用量少效果优于现有聚丙烯酰胺的共聚物则可用做油井水泥浆降失水剂AMPS胺类水处理剂的特点。与木质素磺酸钙、丙烯酰胺的接枝共聚物是较好的2.5三次采油油剂水泥浆分配剂或早强剂、增强剂等;AMPS与丙烯在聚合物提高采收率EOR)作业中,目前均采酸、四氬苯甲酸、木质素磺酸等的接枝共聚物可制用水溶性聚丙烯酰胺。多年研究工作表明聚丙烯备钻井液分散剂和抗钙性能良好的稳定剂、降粘剂、降滤失剂等。此外,AMFS与N-乙烯基吡咯烷酮类酰胺类聚合物存在如下缺点剪切安定性差泵送时嵌段共聚物,可作三次采油增粘剂在高温、高压、高机械降解严重耐盐性差对矿化水尤其多价金属离剪切条件下使用不发生降解稳定性能好。子敏感导致在盐水溶液中粘度锐减,甚至发生沉2.1油井水泥外加剂4淀耐酸及耐温性差。近20年来国内外广泛开展以AMP与甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的三元了聚丙烯酰胶的改性工作。美国非利浦石油公司开共聚物适用于各种盐水泥浆可起到良好的高温缓发AMPS与丙烯酰胶的共聚物用于三次采油大大凝作用。美国 Halibut公司推出的AMPS与丙烯提高V凵中国煤化工温性能酸的共聚物,AMⅣS与N八N-二甲基丙烯酰胺的共聚CNMHG物在高浓度质子酸中物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水稳定并具有润滑作用可用于石油和天然气井的酸泥外加剂可有效地降低水泥浆的高温滤失量。化压裂激产过程同时AMPS的共聚物用于压裂液2.2钻井液处理剂的稠化剂其性能优于目前使用的瓜胶类产品具有AM門S与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物、AMPS使用方便、粘度适宜、耐高温、高剪切等优点。14精细与专用化学品第14卷第1期3在其他方面的应用域中也具有一定的用途。如AMPS共聚物可用做陶瓷泥釉的增稠剂制造陶瓷配方中的分散剂在选矿3.1水处理工业工艺中高相对分子质量的AMPS共聚物可作为磷据美国 Lubrizol公司的资料介绍,AMBS在水处料浆的絮凝剂在磁性材料方面AMPS可用于制备理剂中的应用占世界产量的1/3。AM門S的均聚物分散剂这种分散剂可以提高磁性记录载体的磁粉或与丙烯酰胺、丙烯酸等单体的共聚物可作为污水填充密度从而提髙磁带的记录密度迕感光材料方净化的淤泥脱水剂还可用于加热器、冷却塔、空气面AMS可用于提高彩色照片的稳定性延长其保净化器和气体净化器的除垢剂、阻垢剂在封闭的水存期。循环系统中用做铁、锌、铝、铜及其合金的防腐剂。AMPS是一种具有聚合性好、亲水性强、稳定性大量文献资料表明,以AMPS共聚物作水处理剂具好、抗水解和抗盐等优点的精细化工产品我国近几有用量少、效果优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂的年对其合成工艺及应用研究比较活跃特别是1987特点年美国氰胺公司用AMPS开发高效三次采油助剂在3.2纤维素工业中国取得专利发明权以后更加引起我国化学工作AMPS的结构特性使其在纤维改性、纺织品染者的关注与国际水平相比我国存在AMPS生产厂色中具有广阔的应用前景。AM門S与丙烯腈的共聚家少、规模小、产品深度开发不足等弊端阻碍了性好又不易水解作为染料的增进剂具有优良性AMPS的开发应用。因此加强AMPS的深度开发能而且还能改进纤维的手感和强度;另外,AMPS工作意义重大。此外,AMPS作为油田化学剂合成与其他组分配制成的处理液可改善聚酯、聚酰胺、丙聚合物的单体,在国内的研究还处在起步阶段烯腈、纤维素等纤维及其纺织物的带电性、吸水性和AMs均聚物和共聚物的抗盐性、抗温性和抗剪切防污性能。性为我们解决油气田开发中的复杂问题提供了重要3.3涂料工业的手段加强AMPS在油田化学剂中开发和应用研AMPS是优良的涂料改性剂、胶粘剂和涂饰剂究具有广阔的发展前景。□的性能提高剂。在丙烯酸系阴极电泳涂料、水溶性参考文献热固化涂料中加入AMFS,可促进涂膜烘干时的交[1 Harrison S Killam. Process for manufacturing sulfonated amides联和固化得到光泽及其他性能优良的涂膜泚此外,〔P〕.USP3544597.1970-12AMPS与多羟基化合物加热熔融的混合物是一种热2) Shunichi, Kamogawa, Masatake. Proces熔型的胶粘剂;AMPS和偏氯乙烯-丙烯酸树脂共2-acrylamido-2-methylpropane sulfonicP).USP4219498聚得到的水溶性聚合物涂到聚烯烃的膜上可提高198008-26[3 ]Shunichi, Kamogawa, Masatake. Process for purifying 2-acrylami其热密封性do-2-methylpropane sulfonic acid P ) US4337215. 1982-07-293.4生物医学[4 ]Lance E Brothers, Donald W Lindsey et al. Set retarded cementAMs和丙烯腈共聚制得的中空纤维,可用于mpositions methods for well cementing[ P ] US4941536. 1990-0血液透析防止血液凝固泚此外,AMS与乙撑二甲(5〕王中华, AMPS/AM淀粉接枝共聚物降滤失剂的合成与性能基丙烯酸酯交联而制得的共聚物可用于制造接触眼J〕.油田化学1997J4(1镜〔6〕邳艳英梁镐等. AMPS/AM共聚物的合成及降粘性能〔J〕.油田化学199613(2):72~1743.5造纸工业[7 ]Christopher M. Garvey. Fluid loss agents for oil well cementing com-\M門S的水溶性聚合物可作为纸张增强剂、精P〕.US4674574.198706-23纸浆及填料利用率的提高剂、纸等无纺物制造中的8〕中国煤化工/丙烯酸共聚物的合成及其浆料分散剂、纸干燥的剥离性提高剂等。在纸生产CNMHG聚合物的合成及性能研究过程中AMFS的共聚物可用于改进填料和纸浆碎〔J].工业水处理,1998185)?~9屑的保留率并提高浆料的脱水速率。〔10〕孙文闯.含AMFS聚合物水处理剂质量评定方法初探〔J〕.石油炼制与化工1998295)54-563.6其他〔11王中华,AM/AMPS/NVP共聚物的合成〔J〕.杭州化工998,AMⅣS在陶瓷、选矿、磁性材料、感光材料等领282)9-11