随着油藏开采难度的增大,对于油田化学品添加剂的性能要求也越来越高,疏水改性聚丙烯酰胺HMPAM因其具有更好的粘弹性和抗剪切性能,因此在这一领域有着非常重要的应用前景,特别是适用于提高采收率领域。目前关于HMPAM的合成主要采用热引发聚合,但热引发由于其聚合条件的限制,难以进一步提高聚合物分子量,而传统的光引发又大多数停留在定性的研究。近年来,光引发聚合正逐步受到研究者的青睐,但目前对于光引发控制聚合过程的优势并未得到充分的开发,因此本文提出以光引发聚合可以实现聚合反应的“开”和“关”特点,开发出调控聚合过程的新工艺,合成更高分子量的聚合物。本文的主要研究内容如下:(1)提出建立多狭缝移动光源控制聚合体系各微元下自由基浓度呈现周期性变化的理论模型;通过对到达聚合体系液面的辐射能量与光引发剂分解吸收的有效能量的计算,依据光化学反应定律建立了聚合体系任意微元的初级自由基浓度的数学计算模型,并提出以引发剂的消耗量计算各微元中生成的初级自由基浓度,以生成的初级自由基浓度和间隔时间来调控各微元自由基浓度变化的理论。(2)通过使聚合体系各微元的自由基浓度在一定范围内进行周期性变化,设计了多狭缝可移动的光源,通过对初级自由基浓度计算模型的分析,设计并研制了通过控制开闭灯管的数目调控入射光强度,通过改变狭缝宽度和光源的移动速度调控各微元接受光照的时间,即控制各微元接受光源辐射的能量;改变间隔宽度,控制各微元中自由基浓度累积量的光引发溶液聚合实验仪器。(3)根据聚合体系温度斜率的符号变化将聚合过程划分为三个阶段,并提出以聚合体系温度斜率符号的变化为依据判定各聚合阶段,实现调控各聚合阶段的工艺;分别研究了光引发剂分解速率常数、光源的移动速度、狭缝宽度和间隔宽度对于合成聚合物分子量的影响,得出了调控的优化实验方案:第Ⅰ阶段,即诱导期,选择的光照强度0.58mW/cm2,光源的移动速度选择1cm/s,光照时间3s,间隔时间3s,单一过程生成的初级自由基浓度[R.]m’为0.205×10-5mol/L。第Ⅱ阶段,即聚合期,选择较小的光照强度0.206mW/cm2,移动速度为0.1cm/s,光照时间 30s,间隔时间 30s,[R.]m’为1.46×10-5mol/L。第Ⅲ阶段,即聚合后期,选择较小的光照强度0.206 mW/cm2,移动速度为0.1cm/s,光照时间 30s,间隔时间 30s,[R.]m’为1.46×10-5mol/L。(4)基于由简到繁的研究方式,引入水溶性疏水单体2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠(NaAMC14S)进行二元共聚合成疏水改性聚丙烯酰胺HMPAM。同时根据聚合体系温度变化对应的时间关系,根据温度斜率变化的大小将第Ⅱ阶段的反应时间分成三段,根据数学模型,移动速度控制单一过程中初级自由基浓度的生成量和间隔时间,因此采用不同移动速度的组合实验探索了调控聚合过程第Ⅱ阶段的可行性方式,分别研究了移动速度在恒定、逐渐减小、逐渐增大和先增大后减小的四种情况下合成的聚合物溶液的表观黏度,结果表明逐渐减小光源的移动速度有利于聚合物分子量的提高,是调控的主要方向。(5)采用光引发剂分解速率常数调控聚合过程合成HMPAM-1和采用通过调控各阶段周期性变化的自由基浓度合成HMPAM-3,采用固定光源直接照射聚合体系合成HMPAM-2。利用红外光谱和核磁共振氢谱对聚合物进行表征,证明了合成的聚合物为目标产物。通过毛细管法在解缔合的条件下分别测定各聚合物的特性粘数,实验证明特性粘数HMPAM-3大于HMPAM-2,提高了 86.3%,比HMPAM-1提高了 22.7%;通过动态光散射(DLS)在解缔合下测粒径大小,HMPAM-3比HMPAM-1的提高了 32.9%,比HMPAM-2的粒径提高了 1倍;通过测定三种5000ppm聚合溶液的表观黏度,HMPAM-3 比 HMPAM-1 提高了 43.3%,比 HMPAM-2 提高了 71.0%,更进一步证明了通过控制自由基浓度进行周期性变化调控聚合过程工艺的优越性。