[發明專利]基于高分子引發交聯一體化技術的高韌性水凝膠制備方法及水凝膠

有效

• 申請號: 202110349521.8
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113150208B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 吳錦榮;曹振興;鄭靜;黃光速;吳睿;袁朝陽
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F222/38;C08F220/06;C08F220/54;C08F226/10;C08F226/06;C08F222/06;C08F4/40
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發明公開了基于高分子引發交聯一體化技術的高韌性水凝膠制備方法及水凝膠。所述水凝膠是由丙烯酰胺單體通過自由基水溶液均聚或共聚得到，其中采用含有氨基的水溶性大分子作為引發劑和交聯劑，大分子引發交聯劑上面增長的活性聚合物鏈以歧化終止的方式形成支化鏈并以纏結的形式形成物理交聯網絡；大分子引發交聯劑上面增長的活性聚合物鏈以偶合終止的方式形成化學交聯網絡，并輔以一定量的助交聯劑進一步增加化學交聯密度，由此形成兼具支化鏈物理纏結網絡和化學交聯網絡的水凝膠。所述高韌性水凝膠具有優異的變形性、較高的拉伸強度、優異的回復性和良好的耐溫性，解決了現有水凝膠韌性不足而應用受限的問題。

技術領域

本發明屬于高分子材料的制備和應用領域，具體涉及一種高韌性水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一種具有三維交聯網絡結構的高度含水的聚合物，由于其獨特的“軟濕”性能，在生物醫藥、組織工程、藥劑學、工程和油田等領域具有廣闊的應用前景。但無論是天然高分子水凝膠還是人工合成的傳統化學交聯水凝膠均存在力學性能差的問題，突出表現為脆性高且可回復的形變量極小。這極大地限制了水凝膠的應用，特別是對于一些苛刻油藏根本無法應用。因此，開發高強高韌性的水凝膠是近些年來水凝膠研究領域內的一個重要的方向。

近些年來，對于水凝膠的增韌改性做了大量的工作，出現了多種具有高韌性的水凝膠。其中包括有雙網絡水凝膠、納米復合水凝膠、滑動環水凝膠、Tetra-PEG水凝膠、納米復合水凝膠和物理作用增強水凝膠等。這些工作主要集中于制備具有均勻交聯網絡結構的水凝膠或是在水凝膠中引入有效地能量耗散機制。目前，對于高韌水凝膠的研究已取得了較大的進展和良好的效果，但是這些增韌方式普遍存在增韌方式單一，制備過程復雜，原料昂貴等問題導致生產成本過高，無法在油田中大規模推廣使用。

因此開發出成本低、制備簡單且具有優異韌性的水凝膠對于提高我國原油采收率變得極其重要。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的油田用水凝膠存在的問題，提供一種基于高分子引發交聯一體化技術的高韌性水凝膠制備方法及水凝膠，以獲得一種具有高韌性的聚丙烯酰胺水凝膠，解決現有水凝膠韌性不足應用受到限制的問題，同時簡化工藝，降低成本。

針對以上發明目的，本發明的主要構思是在化學交聯網絡中引入大量的支化鏈結構，通過支化鏈形成物理纏結網絡作為能量耗散結構，從而起到增韌水凝膠的目的。同時可逆的物理交聯網絡還賦予水凝膠優異的形變回復能力。本發明主要技術思路是使用大分子同時作為引發劑和交聯劑，在聚合過程中，大分子引發的聚合物鏈通過歧化終止形成支化鏈，進行形成物理交聯網絡；通過偶合終止形成化學交聯網絡，再輔以一定量的化學交聯劑，增加化學交聯密度。

在本發明技術方案中，所述物理交聯網絡是指大分子引發交聯劑引發的活性聚合物鏈以歧化終止的方式形成支化鏈，支化鏈以纏結的形式形成非鍵合交聯網絡；所述的化學交聯網絡是指大分子引發交聯劑引發的活性聚合物鏈以偶合終止的方式形成具有共價鍵的交聯網絡，同時輔以一定量的助交聯劑增加化學交聯密度。

根據以上構思和技術思路，本發明提供的高韌性水凝膠，是選用帶有氨基的大分子作為引發劑和交聯劑，再與氧化劑復配形成氧化-還原引發體系引發單體聚合制備的。本發明提供的高韌性水凝膠的原料組成組分以質量份計包括：

本發明提供的高韌性水凝膠的制備方法，包括以下內容：在室溫條件下，將100份丙烯酰胺和0～20份共聚單體溶于200～400份水中制成單體水溶液，在單體水溶液中加入0.05～6份水溶性氨基大分子和0～0.1份助交聯劑，調節溶液pH值為8～14，排除反應器(加料容器)中的氧，再加入0.05～0.5份過硫酸鹽引發劑，然后將所得混合液轉移至密封反應器中，于溫度10～30℃下反應4～24h。

在本發明的上述技術方案中，除過硫酸鹽最后加入外，其他物料沒有加入順序的限制，出于更好的溶解和分散的考慮，優先采用上述加入順序。