一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及性能评价
疏水缔合型聚丙烯酰胺驱油剂的合成与性能评价
６
７
Ａ２
Ａ３
Ｂ３
Ｂ１
Ｃｌ
Ｃ３
在三 次 采 油 中 ， 聚合 物 水 溶 液驱 油 的 主 要要 对 求是 聚 合物 耐温 、 盐 、 剪 切和粘 度 不降 低 。部分 抗 抗
水解 聚 丙 烯 酰胺 （ ＡＭ ） 然 水 溶性 好 、 一 定 粘 ＨＰ 虽 有 度 ， 由于 其 分 子 链 上 的 Ｃ 但 ＯＯ一对 盐 极 其 敏感 ， 在 盐 水 中粘度 急剧 下 降［ 。为此近 年 来 人们 研 究在亲 】 ］ 水 性 高分 子 中引 入疏 水 性 基 团 ， 用疏 水 基 之 间 的 利
量 比、 催化 剂用 量 、 阻聚剂 用 量和反 应 时 间定 为考 察 因素 。其余 条 件设 为 固定 值 ， 分别 为 ： 携水 剂用 量 为 酸 醇总 量的４ ， ０ 反应 温度 为８ ℃ 一９ ℃ 。 文 以合 ５ ０ 本 成 疏 水 单体 丙烯 酸 正 辛酯 （ ０ＡＢ 为 例 ， 说 明该 酯 ） 来 化 反应 最适宜 条 件的确 定 。采用 四 因素三 水 平 的正 交实 验方 案 ， 表 １ 见 。
４ ５
Ａｌ Ａｌ
Ａ２ Ａ２
Ｂ２ Ｂ３
Ｂ１ Ｂ２
Ｃ２ Ｃ３
Ｃ２ Ｃ３
Ｄ２ Ｄ３
Ｄ３ Ｄｌ
８ ３ ６． ９ ．８ ０
８９ ．５ ９ ２
三 颈 瓶 中加 入适 量 的正 辛醇 、 甲苯 磺酸 （ 对 催化 剂 ） 、 对 苯 二 酚 （ 聚剂 ） 阻 和环 己烷 （ 水剂 ） 在 搅 拌条 件 携 ， 下 水浴 加 热 到 ６ ℃使 其全 部 溶解 后 加 入 丙烯 酸 ， ０ 继 续升 温至 ８ —９ Ｃ ， ５ ０ 反应 若干 小 时 （ 时左 右 ） 反 ４小 。 应结 束后 ， 反应 混合 液倒 入蒸 馏 瓶 中 ， 将 常压 蒸馏 除 去大部 分 携水 剂环 己烷 。 馏完 毕后 ， 蒸馏 瓶 中的 蒸 将 粗 酯置 于 分液 漏 斗 中 ， ｗ（ ＯＨ） ５ 的溶 液洗 用 Ｎａ 为
一类新型疏水缔合聚合物的合成及成胶性能
关
键
词： 疏 水 缔 合 聚 合 物 ；凝胶 ；选 择 性堵 水 ；成 胶 强 度 文献标识码： Ａ 文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ —４ １ ０ ７ （ ２ ０ ｌ ３ ） ０ ２— ０ １ ２ ４—０ ５
中图分类号 ： ＴＥ ３ ５ ７ ． ４
０ 引 言
随着我 国注水 开发 油 田含水 率 的不 断上 升 ， 堵 水 调 剖成 为 三 次 采 油 的可 行 性 方 法 之一 ， 目前 使 用 最
ｃ ｍ， 长 度 Ｌ一 ９ ． ０ ４ ２ ｃ ｍ； ２ ： ｄ一２ ． ５ ２ ０ ｃ ｍ， Ｌ一 ９ ． ４ ７ ２ ｃ Ｙ ｎ ．
ＤＦ 一１ ０ ｌ ｓ集 热式恒 温加 热磁力 搅拌 器 ； Ｄ Ｉ Ｆ 一６ ０ ３ ０ Ａ 型 真空 干 燥 箱 ； Ｄ Ｖ一 １ Ｉ＋ Ｐ型 旋 转 黏 度计 ， 剪
张 新
（大 庆 油 田有 限 责 任 公 司 第 四采 由厂 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ５ １ １）
摘
要： 以 甲氧 基 聚 乙 二 醇 丙 烯 酸 酯 （ ＭＰ Ｅ ＧＡ） 和 甲基 丙 烯 酸 二 甲 氨基 乙酯 （ ＤＭＡＥ ＭＡ） 为均聚单体， 通过 合 型 聚 合 物 Ｐ （ ＭＰ Ｅ ＧＡ－ －ＤＭＡＥ ＭＡ） ， 采用 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ和 Ｈ ＮＭＲ表 征 新 型 聚 合 物 的化 学 结 构 ； 利 用 主剂 Ｐ （ ＭＰ Ｅ （ Ａ ＤＭＡＥ ＭＡ） 和 交 联 剂 醋酸 铬 形 成 凝 胶 体 系 ， 考 察主剂 Ｐ （ ＭＰ Ｅ ＧＡ— ＤＭＡＥ ＭＡ） 和交 联 剂 醋 酸 铬 的 质 量分数 、 ｐ Ｈ 值、 温度 、 矿 化 度 对 新 型 聚 合 物凝 胶 体 系 成 胶 性 能 的 影 响． 结 果 表 明 ：当 主 剂 Ｐ（ ＭＰ Ｅ ＧＡ Ｄ ＭＡＥＭＡ） 质 量 分数为 １ ． ２ 、 交 联 剂 醋 酸 铬 质 量分 数 为 ０ ． ２ 、 ｐ Ｈ 值为 ７ 、 温度 为 ４ ５℃ 时 ， 该 新 型 聚 合 物 凝 胶 体 系 具 有 最 佳 的 成 胶 强 度． 将 新 型 聚合 物 凝 胶 体 系 应 用 于 岩 心封 堵 ， 在最佳成胶条件下 ， 堵 水率 高 于 ９ Ｏ ， 堵油率低于 ４ Ｏ ， 具 有 较 好 的选 择 封
疏水缔合水溶性聚合物的研究进展
好 的耐 温抗水解 能力 ，因而无论 在 淡水还 是 在盐水
中这样 的共聚 物都具 有优 良的抗 老 化性能 。 钟传 蓉等根 据共 聚物 分子设 计原 理 ，合成 了苯 乙烯 衍生 物疏水 单体 ，且 以 Ｓ ＴＤ、丙烯 酰胺 、２ 一
甲基 一２ 一丙烯 酰 胺 基丙 磺 酸 钠 （ ＡＭＰ ）为 原 Ｎａ Ｓ
活性 剂 。由于 该类单 体具有 两亲 性 ，可使 共 聚单 体 在 不加乳 化剂 条件下 直接进 行传 统 的 自由基水 溶液 共聚合 ，即无 皂乳 液聚合 。这种 聚合 方法 的优 点是
简 化了反应 条 件 ，使共 聚反 应及 其产 物的 后处 理过 程 变得 简单易行 ，可在 聚合物 分子 中引入 较 多 的疏 水 基团 而使 其 具有较 强 的疏水缔 合效应 ，从而有 利
定性 ，７ ℃时表 现 出 良好 的抗 老 化性能 。 Ｏ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ．以具有 表 面 活 性 的大 单 体 为疏 水 单体 的 疏 水缔 合聚合 物
（ ） 以 Ｎ～烷基 丙烯 酰胺 为疏水 单体 。欧 阳坚 ２ 等人 以丙 烯 酰胺 （ ＡＭ） 一 丙 烯 酰胺 基 一 ２ 甲 、２ 一 基 丙磺 酸 （ ＡＭＰ ］ 和 Ｎ一烷 基 丙 烯 酰 胺 为单 体 ， Ｓ
维普资讯
ｌ Ｏ
油气 田 地 面 工 程 第 ２ ６卷 第 ６期 （ ０ ７ ６ ２０ ． ）
疏水缔合水溶性聚合物的研究进展
张丽 萍 （ 职 大庆 业学院 学工 ） 化 程系
１ ．以油溶性单体为疏水单体 的疏水缔合聚合物 油溶性 疏 水 单 体 有 Ｎ，Ｎ一二 丁 基 丙 烯 酰 胺 （ Ｂ 、Ｎ一烷基 丙 烯 酰胺 （ Ｄ Ａ） Ｎ～ＡＡＭ） 、苯 乙烯
疏水缔合型聚丙烯酰胺的合成与性能及其与离子型表面活性剂的相互作用
参考内容二
疏水缔合丙烯酰胺共聚物是一种具有特殊物理化学性质的高分子材料，其在 溶液中的结构形态研究对于理解其性能和潜在应用具有重要意义。本次演示将详 细介绍疏水缔合丙烯酰胺共聚物的合成方法，性能表征，以及在溶液中的结构形 态。
一、疏水缔合丙烯酰胺共聚物的 合成
疏水缔合丙烯酰胺共聚物的合成主要通过自由基聚合来实现。将丙烯酰胺 （AM）单体与疏水单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯等）混合，使用氧化剂（如 过硫酸钠）引发聚合反应。在聚合过程中，可以通过调节反应温度、pH值、单体 浓度等参数，控制聚合反应的速度和产物的分子量。
对于三元共聚阳离子聚丙烯酰胺，最佳合成条件为：反应温度80℃，反应时 间3小时，原料配比n(AM)/n(St)/n(DVB)=1/1/0.25。合成的三元共聚阳离子聚 丙烯酰胺具有良好的水溶性，适用于各种水溶性环境。然而，其热稳定性和耐水 解性能略逊于疏水缔合聚丙烯酰胺。
结论：
本次演示对疏水缔合聚丙烯酰胺和三元共聚阳离子聚丙烯酰胺的合成及性能 评价进行了详细的研究。通过优化合成条件，发现最佳的合成工艺参数，并对其 性能进行了评价。结果表明，优化后的合成工艺能显著提高产物的性能表现。
材料和方法：
本实验采用了不同的合成方法来制备疏水缔合聚丙烯酰胺和三元共聚阳离子 聚丙烯酰胺。首先，通过控制不同的反应温度、反应时间和原料配比，合成了一 系列疏水缔合聚丙烯酰胺样品。接着，采用类似的方法合成三元共聚阳离子聚丙 烯酰胺样品。
在合成过程中，通过红外光谱、核磁共振等手段对产物进行了表征，以确定 其化学结构。同时，采用粘度计、扫描电子显微镜等仪器对产物的性能进行了评 价。
四、结论
总的来说，疏水缔合丙烯酰胺共聚物是一种具有优异性能的高分子材料，其 合成方法简单，性能可调，且在溶液中形成独特的结构形态。这种特性使它在众 多领域具有广泛的应用前景，如水处理、石油化工、生物医学等。深入理解和研 究疏水缔合丙烯酰胺共聚物在溶液中的结构形态，有助于我们更好地了解其性能 和应用，为设计和开发新的高分子材料提供理论指导。
水溶性疏水缔合聚合物单体的合成
第8期化学世界·437·水溶性疏水缔合聚合物单体的合成钟传蓉1’2，黄荣华1，代华1(1．四川大学高分子研究所，高分子材料工程国家重点实验室，四川成都610065，2．成都理工大学材料与生物工程学院，四川成都610059)摘要：水溶性疏水缔合聚合物含有大量的亲水基团和少量的疏水基团，疏水基团间的疏水缔合作用使这种聚合物具有独特的增粘、抗剪切、耐温和耐盐的溶液性能，通常采用亲水单体和疏水单体共聚制备这类聚合物。
对常用亲水单体AMPS及各类疏水单体如季铵盐不饱和单体AMPDAC 和DAMAB、长链丙烯酸酯，Ⅳ一烷基丙烯酰胺和．Ⅳ一芳烷基丙烯酰胺的合成进行了综述。
关键词：单体；N一烷基丙烯酰胺；合成；疏水缔合聚合物；水溶性中图分类号：0 631．5 文献标识码：A 文章编号：0367—6358(2004)08—0437—05Synthesis of Monomers of Water—solubleHydrophobically Associating PolymersZ H O N G Chuan—ron91”。
H U A N G Rong—hual，DA I Hual(J．Pol yme r R es e a r c h Institute of S ic h u an U n i ve r gi t y，T he S ta t e K e y L ab o r at o r y of Polyme r Materials Engineering，Sich uan C hen gdu 610065，Ch ina l Z Material a n d B io e n g i ne e r i n g C ol l eg e of C h e n g d u University of T e ch no lo g y,Sic hua n Ch en gdu61 0059 Ch i na)Abstract：Hydrophobicall y associating wa te r-s ol ub le copolymers c on ta in many water-s ol ubl e g r o u p s and few hydrophobic groups．The copolymers sh ow e xc ell en t s ol ut io n pr op er ti es，su ch a s viscosifying，antis—hearing，antielectrolyte and heat—resisting p ro pe r ti es，b ec a us e of，the hydrop ho bic al ly a ss oc ia tin g effect．A sso ciat ing polymers a r e prepare d by t h e copolymer izat ion of w ater-solu ble and hydrophobi c monome rs．The syn t he s e s of water—solubl e mon ome r AM PS and h y dr op h ob i c monom ers inc lu di n g AMPDAC，DAM—AB，咒一a l ky l acrylates，N—alkyl acrylamides a n d N—arylalkyl acr yla mi des a r e re vi e w e d．Key words：mo nome rs；N—alky lacr yla mide s；s ynt hesi s；h ydr opho bica lly as s o c ia t i n g polymers；water—solu—b l e水溶性疏水缔合聚合物除含有大量的亲水极性发生在分子链之间，也可能发生在同一大分子链内。
疏水缔合聚丙烯酰胺聚合物驱油剂的制备及应用研究毕业论文
疏水缔合聚丙烯酰胺聚合物驱油剂的制备及应用研究摘要随着当今科技的迅猛发展，水溶性高分子材料己经从最初的几个系列产品，发展成为完整的水溶性高分子工业，并以其难以替代的卓越性能，在国民经济和日常生活的各个方面得到广泛应用。
特别是在石油工业方面，在油气开采的各个坏节都可以见到水溶性高分子材料的踪影，特别是我国，由于三次采油的需要，大量使用了水溶性高分子材料。
其中最为热门的要数疏水缔合水溶性聚合物，事实上这也是当今国际上的水溶性高分子研究的热点。
本文着重研究疏水缔合水溶性高分子的合成和应用。
本文以长脂肪链疏水单体丙烯酸十八酯(ODA),与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)通过自由基共聚法制得一种新型疏水缔合聚丙烯酰胺水溶性聚合物。
确定了最适宜的合成条件，研究了聚合物的耐剪切，耐盐，耐温的溶液性质。
结果表明,临界缔合浓度为0.27wt%,疏水缔合能力在临街浓度后迅速增强。
聚合物溶液属于假塑性流体。
在矿化度为1-4万时,U-OPAM盐溶液黏度要高于纯水溶液，有一定耐盐性;80℃粘度保持率达到60.99%。
引入疏水单体ODA,赋予聚合物良好的溶液性能。
驱油应用试验表明疏水缔合型聚丙烯酰胺比常规聚丙烯酰胺驱油效果更好，驱油率比普通聚丙烯酰胺提高10%左右总而言之，本文通过自由基聚合的方法合成聚丙烯酰胺聚合物，结合文献，研究疏水缔合聚丙烯酰胺水溶性聚合物溶液的特性与驱油的应用研究。
关键词：疏水缔合，水溶性聚合物，聚丙烯酰胺，驱油剂The Preparation of Hydrophobically Associating Polyacrylamide Flooding Oil Polymer and Application of ResearchABSTRACTWith the rapid development of science and technology, water-soluble polymer materials have been several series of products from the initial development of a complete water-soluble polymer industry and it’s hard to replace the excellent performance in the national economy and daily life in all has been widely used. Especially in the oil industry, the trace of the bad section of the oil and gas exploration can all see the water-soluble polymer material, especially in China, due to the needs of tertiary oil recovery, extensive use of water-soluble polymer material. One of the most popular to the number of hydrophobically associating water-soluble polymer, in fact, that today's international research focus of water-soluble polymer.This paper focuses on the synthesis and applications of hydrophobically associating water-soluble polymer. Long aliphatic chain hydrophobic monomer octadecyl acrylate (ODA) - methyl propane sulfonic acid (AMPS) and acrylamide (AM), 2 - acrylamide-2-yl radical copolymerization prepared by a novel hydrophobic The association of polyacrylamide water-soluble polymer. Determine the most appropriate synthesis conditions, the resistance to shear, salinity and temperature of solution properties of the polymer. The results show that the critical association concentration of 0.27wt%, the hydrophobic association ability street concentration is rapidly increasing. The polymer solution is pseudoplastic fluid. Salinity 1-4 million U-OPAM salt solution viscosity is higher than pure water, some salt tolerance; 80 ℃viscosity retention rate of 60.99%. The introduction of hydrophobic monomers of ODA, giving the polymer solution properties. Flooding application tests show that the hydrophobically associating polyacrylamide flooding better than the conventional polyacrylamide flooding rate was 10% higher than the ordinary polyacrylamide All in all, by free radical polymerization method of synthesis of polyacrylamide polymers, combined with literature, applied research to study the characteristics of hydrophobically associating water-soluble polymer solution of polyacrylamide flooding.KEY WORDS:hydrophobically associating，water-soluble polymer，Polyacrylamide Displacing agent目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 水溶性高分子概述 (1)1.2 水溶性高分子的分类和应用 (1)1.2.1 水溶性高分子的分类 (1)1.2.2 水溶性高分子的应用 (2)1.3 疏水缔合聚丙烯酰胺 (2)1.4 聚丙烯酰胺聚合物的合成方法 (3)1.5 国内外发展状况 (6)1.5.1 国内发展情况 (6)1.5.2 国外发展情况 (7)1.6 疏水缔合聚丙烯酰胺的驱油机理 (7)1.7 本文的研究目内容和目的 (7)1.8 论文的创新点 (8)2 疏水缔合聚丙烯酰胺聚合物的合成制备 (9)2.1 疏水缔合性概述 (9)2.2 疏水缔合聚丙烯酰胺的合成 (9)2.2.1 自由基反应机理 (9)2.2.2 试剂与仪器 (11)2.2.3 聚丙烯酰胺的合成步骤 (11)2.2.4 反应原理 (12)2.3 疏水缔合聚丙烯酰胺的聚合物表征方法 (12)2.3.1 红外光谱分析 (12)2.3.2 热重分析法 (12)2.3.3 溶液性能流变分析法 (13)2.4 结果与讨论 (14)2.4.1 红外光谱测定 (14)2.4.2 热重分析 (15)2.4.3 OPAM的溶液流变性能 (16)2.4.4 耐盐性 (17)2.4.5 耐温性 (18)IV3 疏水缔合聚丙烯酰聚合物的驱油应用 (19)3.1 聚丙烯酰胺的驱油机理 (19)3.2 影响聚丙烯酰胺的驱油效率的因素 (19)3.3 聚丙烯酰胺驱油实验 (20)3.4 结论分析 (21)4 结论与总结 (23)4.1 小结 (23)4.2 进一步工作 (23)致谢 (25)参考文献 (26)疏水缔合聚丙烯酰胺聚合物驱油剂的制备及应用研究 11 绪论1.1 水溶性高分子概述水溶性高分子化合物是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液，有时又称为水溶性聚合物或水溶性树脂[1]。
疏水缔合水溶性聚合物P(AM—SA)的合成与性能
（１ ）物 料 配 比 对 聚 合 反 应 的 影 响 。 控 制 Ａ Ｍ１ ０ ． （ ） ０ Ｏ ｇ ，
团的一类水溶性聚合物 。由于其具有两亲结构使得其溶液性质
与一 般水 溶性 聚 合物 溶液 相 比起 来具 有 一定 的优 越性 ，在 此 类水 溶 性 聚合 物 的水 溶液 中 ，由于疏 水基 团相 互 缔合 ，以及 带 电离 子 基 团的静 电排 斥 与吸 引相 互 竞争 与协 同 ，使 得 大分 子链 产生 分 子 内或 分 子 间的 缔 合作 用 ，形 成 各种 形 态 的胶 束 纳米 结 构… 超 分
表 征 聚合 物 结 构 ，元 素 分析 法 分析 聚 合 物 组 分 ，研 究 了 聚合 物 反 应 的 影 响 因素 。 结果 表 明 ：物 料 配 比 、反 应 温度 、 引发
剂 、反应 时 问都 是 聚合反 应 的影 响 因素 ，得 出聚合反 应 的 最佳 条件 为 ：丙烯酰 胺 （ Ａ Ｍ） １ ０ ． ０ ０ ０ ｇ ，丙烯 酸 十八 酯 （ Ｓ Ａ）用量
为Ａ Ｍ 的（ ） ７ ５ ％（ 摩 尔比 ），表 面 活性 剂 （ Ｓ Ｄ Ｓ）用 量 为 反 应 单 体 总 质 量 的３ ％， 引 发 剂 （ Ａ Ｐ Ｓ ）用 量 为 反 应 单 体 总 质 量 的 ０ ２ ５ ％，在Ｎ 保护 下 反应 时 间６ 小时 ，反应 转 化率 可达 ８ ６ ７ ％，制 得 的产 物分 子 量可 达 Ｘ １ ０ “ 数 量级 ，具有 最好 的 增粘 性能 。
关 键词 胶 束 聚合 丙烯 酸 十八 酯 疏水 缔合 水 溶性 聚合 物
２ 结 果与 讨 论
疏 水缔 合 水溶 性 聚 合 物 （ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｈ ｏ ｂ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ — ｓ ｏ ｌ ｕ ｂ ｌ ｅ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍ ｅ ｒ ）是指 聚合 物 亲 水性 大 分 子 链 上 引入 少 量疏 水 基
新型疏水缔合水溶性聚合物合成及其多环芳烃富集与检测性能研究
１ ６ ５
新型疏水缔合水溶性聚合物合成 及其多环芳烃富集与检测性能研究
殷 明 江金 强 王 周 平（ 江南 大学化 学与材 料 工程 学 院 江苏无锡 ２ １ ４ １ ２ ２）
摘要 ： 以Ｎ 一 异 丙 基 丙 烯 酰胺 、 丙 烯 酸异 辛 酯 为单 体 ， 聚 乙二 醇二 丙烯 酸酯 为 交 联 单 体 ， 通 过 乳 液 聚合 得 到 了 一 种 新 型交 联 型 疏 水 缔 合 水 溶 性 聚 合 物 （ Ｐ Ｎ Ｅ Ｄ） ， 对 其 结 构 进 行 了表 征 ， 详 细 研 究 了该 聚 合 物 在 富 集 溶 液 中代 表 性 的 多 环 芳烃衍生物 （ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ Ａ ｒ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｓ ， Ｐ Ａ Ｈｓ ） ， 苯并芘这种物质的影响 。 荧光光谱结果表明 ， 通过聚合物 Ｐ Ｎ Ｅ Ｄ 的 富集 ， 明 显 提 高 了 甲醇 溶 液 中苯 并 芘 的荧 光 吸 收 强 度 ， 降低 了 目标 物 在 荧 光 检 测 中 的 检 测 低 限 。调 整 聚 合 物 浓 度 可 以进 一 步 确 定 苯 并 芘 在 溶 液 中 的 浓 度 。
圆底 烧 瓶 中 。 用去离子水稀释至物料浓度为 ５ ０ ｍｇ ／ ｍＬ的混 合 溶 液 ，然 后 再 加 入 ２ ． ７ ｇ十 二 烷 基 磺 酸 钠 和 ０ ． ３ ９ ｇ的过 硫 酸 钾 ， 在
排 列 方 式 构 成 的一 类 有 机 化 合 物 ； 该类 物质种类繁多 、 较 难 生 物 降 解 ，并 广 泛 分 布 于 各 种 环境 介 质 中 、 易 于 在 生 物 体 内富 集 ４ 。 Ｐ Ａ Ｈｓ 广泛分 布于各种 环境介质 中 ， 包括土壤 、 水、 空气等 ， 且 易
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西南石油学院学报
Journal of Southwest Petroleum Institute
文章编号: 1000~ 2634( 2004) 02- 0060- 04
Vol. 26 No. 2 Apr 2004
一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及性能评价X
谭 芳1, 赵光勇1, 贾朝霞2, 郑 焰2
称取一定量的 AM、AMPS、和 C16 DMAAC 单体, 蒸馏水溶解后, 用 NaOH 调节 AMPS 水溶液的 pH 值, 使 pH 值= 6~ 7。将其转入置于恒温水浴中的三颈 瓶中, 通氮气搅拌约 30 min, 加入引发剂在氮气保护 下反应, 得到粗产物。将粗产物溶于水。用乙醇沉 淀并反复洗涤, 真空干燥备用。为进行对比, 在同样 条件下合成 PAM。 1. 3 分析测试
本文以阳离子表面活性单体十六烷基二甲基烯 丙基氯化铵( C16DMAAC) 作为疏水单体, 解决了亲水 单体和疏水单体的不相容性, 2O丙烯酰胺基O2O甲基 丙磺酸( AMPS) 为功能性单体, 丙烯酰 胺( AM) 为主 单体, 采用水 溶液 聚合的 方法, 合 成了 AM/ AMPS/ C16DMAAC 三元疏水缔合聚合共聚物。
图 4 盐对聚合物表观粘度的影响
3. 3 温度对表观粘度的影响 图 5 是聚合物浓度 C p= 0. 3 wt% 时温度与表观
粘度的关系。其中 0. 5, 0. 8, 1. 0 为 C16DMAAC 含量。 当温度升高时, 分子的热运动加快, 疏水基团周围的 水合层发生变化, 分子之间的作用力即疏水缔合作 用相对减弱, 因此, 有降低粘度的趋势, 如聚丙烯酰 胺溶液的粘度呈直线下降, 另一方面, 升高温度导致 分子间的热运动加快, 也促使了聚合物分子链间
表 1 单体浓度与转化率及特性粘数
单体总浓度 /%
转化率 /%
[ G] / ( dL/ g)
5. 0
71. 45
4. 97
10. 0
85. 81
7. 82
18. 0
88. 67
10. 2
20. 0
92. 45
9. 05
30. 0
91. 22
8. 36
表 2 引发剂浓度与转化率及特性粘数
单体总浓度 /%
关键词: 疏水缔合聚合物; 合成; 聚合物水溶液; 溶液性质
中图分类号: O63
文献标识码: A
引言
疏水缔合型水溶性聚合物是指在聚合物亲水性 大分子链上带 有少量疏水基 团的一类水溶 性聚合 物[ 1- 2] 。在水溶液中, 此类聚合物的疏水基团由于 疏水作用而发生聚集, 使大分子链产生分子内和分 子间缔合。在稀溶液中大分子主要以分子内缔合的 形式存在, 使 大分子链发生 卷曲, 流体力学 体积减 小, 但聚合物浓度高于临界缔合浓度 C* 后, 大分子 链通过疏水缔合作用聚集, 形成以分子间缔合为主 的超分子结构 ) 动态物理交联网络, 流体力学体积 增大, 溶液粘度大幅度升高[ 3] 。同时由于其独特的 分子结构, 这种聚合物水溶液能表现出较好的剪切 变厚、在盐的存在下能保持粘度的稳定性、耐高温的 特性。这种优良的流变性使其作为流度控制剂、强 化采油剂、涂料增稠剂和絮凝剂等引起人们的极大 关注和兴趣。
( 1. 新疆石油管理局采油工艺研究院, 新疆 克拉玛依 834000; 2. 西南石油学院化学化工学院, 四川 成都 610500)
摘要: 采用氧化还原体系合成了 AM / AMPS/ C16DMAAC 共聚物。考察了不同条件对共聚物特性粘数和转化率的影响,
得到最佳的反应条件范围, 并研究了浓度、温度、盐及剪切速率 对聚合物表观粘度的影响。
特性粘数的测定参照GB12005. 1- 89, 测定温度 为( 30. 0 ? 0. 1) e , 用逐步稀释法测定共聚物的[ G] 。
聚合物转化率利用 GB12005. 1- 89 / 聚丙烯酰胺 中残留丙烯酰胺含量的测定方法 溴化法0进行测定。
聚合物表观粘度用 Brookfield 粘度计在 45 s- 1, 25 e 下测定。
剂分解 的温度 以上。根据 本文 的实 验结 果 ( 见表 3) , 聚合反应温度控制在 50 e ~ 60 e 。
图 1 AMPS 含量对[ G] 的影 响
从图 1 可以看出, 随着 AMPS 用量的增加, 特性 粘数迅速增加, 在 20 mol% 时达 到最大, 然 后降低。 这可能是由于 AMPS 带有庞大的侧 基, 其含量过大 时, 位阻效应会阻碍其与其它自由基相互接触的机 会, 同时 AMPS 过多时, 也会减小聚合物的疏水缔合
0. 10 0. 20 0. 30 0. 50 1. 00
转化率 /%
56. 47 70. 48 85. 81 86. 43 89. 59
[ G] / ( dL/ g)
10. 03 8. 45 7. 82 4. 33 2. 56
表 4 反应时间与转化率及特性粘
反应时间 /h
1 2 4 6 8 10
转化率 /%
图 2 疏水单体含量 对[ G] 的影响
3 疏水缔合水溶性聚合物的溶液性质
3. 1 聚合物溶液浓度对水溶液表观粘度的影响 从图 3 中可以看出, PAM 溶液的表观粘度随浓
度的增加而平缓上升; 而本文所制备的疏水缔合聚 合物水溶液的表观粘度随聚合物浓度的增加而持续 增加, 当其浓度达到一定值以上时( 临界浓度) , 其表 观粘度急剧上升。这可归因于疏水基团聚集导致的 分子间缔合形成物理交链网络。同时, 疏水基团含 量越大, 共聚物溶液表观粘度增幅越大, 其临界缔
1 实验部分
1. 1 原料 疏水单 体十 六 烷基 二 甲基 烯丙 基 氯化 铵
( C16DMAAC) , 实验 室 自 制; 丙 烯 酰胺 ( AM, 99% ) ; 2O丙烯酰胺基O2O甲基丙磺酸( AMPS) 系日本进口; 氢 氧化钠、氯化钠、过硫酸钾等均为分析纯。 1. 2 共聚物合成与纯化
NaCl 含量条 件下的表观粘 度。在实验含 盐量范围 内, 相同浓度的疏水缔合系列聚合物的表观粘度均 大于聚丙烯酰胺 PAM 的表观粘度。PAM 溶液的表 观粘度随盐的 加入急剧下降, 最后 趋于一条 直线。 疏水缔合聚合物的粘度则表现出随盐含量的增加先 上升后下降的特点。且疏水单体含量越高, 不但表 观粘度增加, 其抗盐性相应提高。盐的加入具有两 方面的作用, 一方面使溶剂极性增加, 从而使疏水效 应增强; 另一方面屏蔽了分子内的离子基的相互作 用, 离子间的静电排斥作用减弱, 聚合物链卷曲, 宏 观上则表现为粘度减低。这两种作用相互竞争, 从 而导致粘度的变化。
单体浓度和引发剂浓度逐渐降低体系粘度增大, 自 由基与单体接触机会减小, 从而影响了单体的转化 率; 在本反应中反应后期的自动加速现象并不明显。 在反应后期延长聚合反应时间主要的目的是提高聚
合反应转化率 , 对产品分子量影响较小。就本实验 来说( 见表 4) , 将反应时间控制在 6~ 8 h 内为宜。
表 3 反应温度与转化率及特性粘数
反应温度 /e
40 45 50 60 80
转化率 /%
75. 40 80. 62 85. 81 76. 33 70. 98
[ G] / ( dL/ g)
5. 13 6. 65 7. 82 6. 59 4. 97
2. 4 反应时间与转化率 由自由基聚合反应规律可知, 随着反应的进行,
35. 51 58. 33 86. 40 85. 81 87. 63 88. 72
[ G] / ( dL/ g)
3. 81 5. 04 6. 65 7. 82 7. 88 7. 90
2. 5 单体配比的确定 我们分别考虑 AMPS 和疏水单体含量对聚合物
特性粘数的影响( 图 1) 。
2. 3 反应温度与转化率及特性粘数 随着反应温度的增加, 引发剂的分解速率增加,
2 共聚反应条件研究
以下 不作 特殊 说 明时, 反 应物 中 单体 浓 度为 10% ( 其中 AMPS10 mol% , C16DMAAC 0. 8 mol% , 其 余为 AM) , 引发剂浓度 0. 3 wt % , ( 亚硫酸氢钠B过硫 酸钾= 1B2( 质量) ) , pH 至 7~ 8, 反应温度60 e , 反应 时间 6 h。 2. 1 单体总浓度与转化率、特性粘数
X 收稿日期: 2003- 04- 09 作者简介: 谭芳( 1976- ) , 女( 汉族) , 四川南充人, 硕士, 从事应用化学方面的研究。
第2期
谭 芳等: 一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及性能评价
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根据自由基聚合规律 Xn= K [ M] [ I] - 0. 5, 可知: 随着单体浓度的增加, 产品的分子量相应增大, 单体 的转化率上升。从表 1 可知, 反应体系单体总浓度 的提高对聚合物分子量有一定的贡献, 但当浓度超 过 20% 后效果不太明显, 其还有下降趋势, 可能是单 体浓度过高会使得聚合反应容易出现爆聚或链转移 现象。致使分子量急剧降低。所以为了避免这种情
出, 随着时间的增加, 疏水缔合聚合物的表观粘度逐 渐上升, 甚至接近未剪切时的粘度, 表现出良好的可 恢复性。而 聚丙 烯酰胺 ( PAM) 却 未能 恢复。这说 明, 在高剪切速率条件下, 分子缔合遭到作用破坏, 粘度下降, 但在停止剪切或低剪切条件下, 分子间重 新缔合, 形成网状结构, 体系粘度上升。这种剪切恢 复性, 在油田实际应用中有着非常重要的意义, 它不 仅可避免从配制到经过井底炮眼高速剪切带来的粘
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利于平衡趋向于缔合, 则溶液的粘度随温度而升高, 反之则反。另外, 功能性单体 AMPS 的加入, 由于其 上磺酸根良好的抗温性, 也大大提高了聚合物的抗 高温能力。 3. 4 剪切速率对聚合物表观粘度的影响