表面活性剂对疏水改性丙烯酰胺共聚物增粘性能的影响

Abstract: The hydrophobically associating water2soluble copolymer ( PSAM ) of acrylam ide w ith butyl sty2 rene was synthesized by the m icellar copolymerization technique. In the reaction, the used surfactants in2 cluding sodium dodecyl sulphate ( SDS) , cetyltrimethylammonium brom ide ( CTAB ) and polyoxyethylene octylphenolether210 (OP210) affect remarkably the hydrophobic monom er content in the PSAM polymers and the solution p roperties of the polymers. The results show that SDS was selected as the excellent surfac2 tant for the m icellar polymerization due to the good solution p roperties of synthesized p roduct such as the solubility in water and viscosification perform ance. The apparent viscosity of PSAM in aqueous solution in2 creases remarkably by the addition of small amount of the surfactant such as SDS, SDB S and CTAB. Espe2 cially SDBS imp roves better the solution p roperty. For 0. 3 g / dL PSAM aqueous solution, the apparent viscosity increase from 237 mPa·s to 981 mPa·s when the SDB S concentration is 0. 7 mmol/L.
采用粘度计法 ,测试条件为 35℃, 6 s- 1 。
2 结果与讨论
2. 1 PSAM 的合成用表面活性剂的选择 2. 1. 1 CTAB 用量对 PSAM 增粘 性能的 影响 CTAB 用量对合成的 PSAM 的溶液表观粘度的影响 见图 1。
g / dL 的溶液表观粘度也只有 50. 6 mPa·s。 CTAB 的 HLB 值为 15. 8,其 Kraff点是 25℃。低于 20℃ 时 , CTAB 以晶体的形式存在于水溶液中 ; 在 20 ～ 25℃时 , CTAB 溶解缓慢 ;高于 25℃后 ,溶解度急剧 上升 。由于 CTAB 的 Kraff点是 25℃,因此 ,在此温 度下溶解 PSAM 是不可能的 。另外 ,由于 CTAB 在 常温下的溶解度很低 ,致使由其合成的胶体制备的 PSAM 溶液在常温下发生相分离 ,共聚物溶液粘度 很低 。 2. 1. 2 SDS用量对 PSAM 增粘性能的影响 SDS 用量对 PSAM 溶液增粘性能的影响见图 2。
摘 要 :采用自由基胶束聚合法合成丙烯酰胺 /丁基苯乙烯疏水缔合水溶性共聚物 ( PSAM ) ,所用的十二烷基硫酸钠 ( SDS) 、辛基酚聚氧乙烯醚 (OP210)和十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB )能显著影响疏水单体在聚合产物中的含量 ,从 而影响聚合物的溶液粘度 ,其中以 SDS合成得到的产物的溶解性及增粘性能最好 。另外 ,少量表面活性剂的加入能 显著地提高聚合物亚浓溶液的粘度 ,在十二烷基苯磺酸钠 ( SDBS) 、SDS和 CTAB 中 , SDBS对聚合物亚浓溶液粘度的 影响最大 ,其浓度为 0. 7 mmol/L时 , 0. 3 g/ dL PSAM 溶液的表观粘度从 237 mPa·s上升到 981 mPa·s。 关键词 :丙烯酰胺 ;疏水缔合 ;胶束聚合 ;表面活性剂 ;增粘性能 中图分类号 : TQ 326. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2006) 12 - 0913 - 05
图 1 CTAB用量对 PSAM 水溶液表观粘度的影响 Fig. 1 Influence of CTAB content on apparent viscosity
of PSAM aqueous solution
由图 1可知 , CTAB 的最佳用量为 2% ,但以此
得到的 PSAM 的增粘能力有限 ,共聚物浓度为 0. 2
自制 [ 6 ] ;过硫酸钾 ( K2 S2 O8 ) 、十二烷基硫酸钠 、十二 烷基苯磺酸钠 、十六烷基三甲基溴化铵 、辛基酚聚氧 乙烯醚 (OP210) 、丙酮 、无水乙醇均为分析纯 ; 去离 子水 。
DV Ⅲ R27112E粘度计 (美国 ) 。 1. 2 PSAM 的合成
称取 4 g丙烯酰胺 ,配成水溶液 ,总单体在水里 的质量分数为 15% ,然后把溶液加入到置于恒温水 浴并装有电磁搅拌器的三口反应瓶中 ,再加入表面 活性剂 ,搅拌 ,待表面活性剂溶解后 ,加入相对于单 体总量的摩尔分数为 1%的 BST,升温到 50℃,继续 搅拌 ,使 B ST充分增溶于表面活性剂胶束中 ,通 N2 除氧 30 m in,加入相对于单体总质量 1%的引发剂 K2 S2O8 ,反应 12 h。将反应产物溶解于去离子水 ,用 丙酮沉淀 ,再用丙酮浸泡 1 d以上 。再用无水乙醇 抽提以除去未反应的单体和表面活性剂 ,在 40℃、 真空度 98. 4 kPa下干燥 ,置于保干器中备用 。 1. 3 共聚物溶液表观粘度的测定
Influence of surfactan ts on th icken ing property of hydrophob ica lly acrylam ide2m od if ied copolym er
ZHON G Chuan2rong1, 3 , HUAN G R ong2hua2 , LUO P ing2ya1
University, Chengdu 610065, China; 3. College of M aterials and Chem istry & Chem ical Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)
Key words: acrylam ide; hydrophobic association; m icelle copolymerization; surfactant; thickening p roperty
疏水缔合聚合物具有独特的溶液性能 、高增粘 、
耐盐 、抗剪切 ,在采油领域具有广阔的应用前景 ,还 可用于水处理 、化妆品 、生物等领域 [ 1～3 ] 。合成这类 聚合物最常用的方法是自由基胶束聚合法 [4, 5 ] ,在 该合成反应中 ,表面活性剂作为增溶剂 ,在溶液中形 成能增溶疏水单体的胶束 ,使得疏水单体能与水溶 性单体发生共聚 ,得到含多微嵌段疏水结构的水溶 性聚合物 ,嵌段结构有利于分子间的疏水缔合作用 ,
(1. The State Key Laboratory of O il and Gas Reservoir Geology and Exp loitation, Southwest Petroleum Institute, Chengdu 610500, China; 2. The State Key Laboratory of Polymer M aterials Engineering, Polymer Research Institute of Sichuan
因此 ,表面活性剂胶束的结构 、形状和大小决定了疏 水单体在单个胶束中的增溶量 ,决定了疏水结构单 元在分子链中的嵌段长度 ,从而显著地影响了共聚 物在水溶液中的增粘能力 。
本文以带有刚性苯环且疏水碳链长于苯乙烯的 丁基苯乙烯 (BST) 为疏水单体 , 选 择了丙 烯酰 胺 AM /BST共聚物 PSAM 的合成用表面活性剂 。表面 活性剂与聚合物相结合的二元复合驱更能显著提高
图 3 表面活性剂用量对 PSAM 水溶液表观粘度的影响 Fig. 3 Influence of surfactant content on apparent
viscosity of PSAM solution
第 12期
钟传蓉等 :表面活性剂对疏水改性丙烯酰胺共聚物增粘性能的影响
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由图 3 可知 , CTAB 和 SDS的用量对共聚物溶 液表观粘度的影响都有最佳用量 ,共聚物在盐水中 的溶液粘度都明显高于淡水 ,以 4% SDS制备的 0. 3 g / dL PSAM 在淡水和 0. 137 mol/L NaCl溶液中的表 观粘度分别为 116 mPa·s和 192 mPa·s,表现出良 好的抗盐性 。 CTAB、SD S对合成产物性能的影响是由其本身 的胶束结构和增溶能力所决定的 。CTAB 在 25℃、 溶液浓度超过 0. 15 mol/L 时 ,胶束才从球状转变成 棒状 [ 7 ] 。 SD S在 25℃和 50℃时的 CM C 分别为 8. 3 mmol/L 和 9 mmol/L ,其溶液浓度为 10倍于胶束浓 度 CM C时 , SDS胶束则呈现为棒状 ,而棒状胶束的 增溶能力高于球状胶束的 。因此 ,在反应条件下 ,疏 水单体 BST在单个 SDS胶束中的增溶量高于在单 个 CTAB 胶束中的增溶量 ,致使 B ST在 PSAM 中的 嵌段更长 , PSAM 在淡水和盐水溶液中的疏水缔合 作用增强 ,溶液表观粘度增加 。
收稿日期 : 2006210211 基金项目 :国家 973计划资助项目 (2005CB221302) 作者简介 :钟传蓉 (1968 - ) ,女 ,四川新都人 ,成都理工大学副教授 ,博士 ,主要从事高分子Байду номын сангаас料和油田化学的研究 。电
话 : 13086617597, E2mail: zhchrong2006@ yahoo. com. cn
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应用化工
第 35卷
石油采收率 。为此 ,本文分别考察了典型的阴离子 表面活性剂十二烷基硫酸钠 ( SDS) 、十二烷基苯磺 酸钠 ( SDBS)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基 溴化铵 (CTAB )对共聚物 PSAM 溶液粘度的影响 。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器 丙烯酰胺经氯仿重结晶 ,化学纯 ;丁基苯乙烯 ,
第 35卷第 12期 2006年 12月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 35 No. 12 Dec. 2006
表面活性剂对疏水改性丙烯酰胺 共聚物增粘性能的影响
钟传蓉 1, 3 , 黄荣华 2 ,罗平亚 1
(1. 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 ,四川 成都 610500; 2. 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; 3. 成都理工大学 材料与化学化工学院 ,四川 成都 610059)
图 2 SDS用量对 PSAM 水溶液表观粘度的影响 Fig. 2 Influence of SDS content on apparent viscosity
of PSAM aqueous solution
由图 2可知 , SDS用量从 1%增加到 4%时 ,溶 液表观粘度增加 ,再增加 SDS的用量 ,共聚物溶液 的增粘性能变差 。因此 , SDS的最佳用量为 4%。 SDS的 Kraff点为 9℃,用它合成的 PSAM 较易溶解 , 在常温下不会发生如 CTAB 那样的共聚物溶液相分 离现象 。 2. 1. 3 CTAB 和 SDS用量对 PSAM 盐溶液表观粘 度的影响 分别采用 CTAB 和 SDS作为表面活性剂 合成共聚物 ,共聚物用量浓度均为 0. 3 g / dL 时在淡 水和 0. 137 mol/L NaC l水溶液中的粘度随表面活性 剂用量的变化见图 3。