论文部分内容阅读
丙烯酰胺类聚合物是丙烯酰胺均聚或丙烯酰胺与其它功能化单体共聚的一类精细功能高分子材料,其具有良好的增粘性、流变性以及分散性等特点,已广泛应用于石油化工、矿物浮选、水处理等行业。其中,疏水改性聚丙烯酰胺因其良好的增粘、耐温、抗盐及抗剪切性等优点,已成功应用在钻井、压裂酸化、采油等多个油气开采环节。然而,疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性不理想,限制其进一步大量推广使用。本论文拟将具有最低临界共溶温度(LCST)的侧链引入到聚合物主链上,从而达到改善聚合物溶解性的目的,使聚合物在常温下易溶,较高温度下具有疏水性,保持较好的耐温抗盐性能。主要研究内容如下:1.通过引入烷基长链到烯丙基聚氧乙烯醚(聚合度分别为10、8、6)分子链上,使其具有温敏性质,分别合成了六种烯丙基烷基聚氧乙烯醚温敏单体,即AEO10C16、AEO1oC10、AEO10C4、AEO8C10、AE06C10和 AOP10。并通过 IR、1HNMR、13CNMR、MS对单体分子结构进行确认,通过测定1.0%单体水溶液在不同温度下的透光率确定其浊点,AEO10C16的浊点为37℃,AEO10C10溶液的浊点为43℃,AOP00浊点为28℃,AEO10C4的浊点高于60 ℃,AE08C10和AE06C10的浊点低于25 ℃。2.通过温敏单体分别与丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)共聚,合成了六种含烷基聚氧乙烯醚侧链的丙烯酰胺类温敏聚合物;通过三种与温敏单体含相同乙氧基结构的烯丙基聚氧乙烯醚AEO10、AE08和AE06分别与AM、AA共聚,得到了三种仅含聚氧乙烯醚侧链的水溶性丙烯酰胺类聚合物。研究了反应条件对聚合物溶液性能的影响,最优反应条件确定为:n(AM):n(AA):n(功能单体)=84.0:15.0:1.0(%),引发剂加量为0.3 wt%、反应体系pH为7、聚合温度为40 ℃、单体总浓度为25 wt%。将合成的九种聚氧乙烯醚型聚合物通过IR、1H NMR对聚合物分子结构进行表征,并通过逐步稀释法确定聚合物特性粘数。3.通过研究聚氧乙烯醚型聚合物、HPAM以及疏水缔合聚合物(AP-P4)的在常温去离子水中、45 ℃去离子水中、常温盐水中的溶解性能,发现聚氧乙烯醚型聚合物溶解性均比AP-P4好,溶解时间与HPAM相近甚至更短。AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEOioCi0、AM/AA/AE08Ci0和 AM/AA/AEO6C10在 25 ℃下去离子水中的溶解时间分别为36 min、28 min、25 min和26 min。通过进一步研究温度对聚氧乙烯醚型聚合物溶解时间影响,发现聚合物在侧链LCST附近,溶解时间增长,这也表明含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物具有温度响应性。4.对聚氧乙烯醚型聚合物、HPAM以及AP-P4溶液行为进行了研究。通过粘浓关系发现含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物增粘性能更好,其中聚合物AM/AA/AEO10C16和AM/AA/AEO8C10增粘性最好,2000 mg/L聚合物溶液表观粘度可达到428.7 mPa·s和438.3 mPa·s。通过研究无机盐对聚合物溶液影响,发现AM/AA/AEO10C16抗NaCl、CaC12能力稍弱于AP-P4,但优于HPAM和其它聚氧乙烯醚型聚合物。通过SEM对聚合物表面形态进行了研究,AM/AA/AEO10C16在去离子水中具有明显的网络结构,但加入无机盐时,AM/AA/AEO0C16溶液仍然具有较为密集的网络结构。5.通过研究聚合物溶液的流变性,发现含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物具有更好的耐温性、抗剪切性、剪切恢复性和粘弹性,同时在研究中也发现含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物具有明显的热增稠现象和粘弹性随温度升高而增大的现象,AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEOi0Ci0、AM/AA/AEO8C10 和 AM/AA/AE06C10的温度响应区间在20～60℃内,表明烷基聚氧乙烯醚型聚合物具有温度响应性;同时研究还发现支链引入烷基后聚合物在高剪切作用具有剪切增稠性,2000 mg/L的AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEO10C10、AM/AA/AEO8C10和 AM/AA/AE06C10溶液在 600 s-1 下的粘度保留值可以达到 56.3 mPa·s、34.4 mPa·s、30.7 mPa·s 和 29.4 mPa-s。6.通过研究聚合物在纯水中的表面张力,发现侧链为烷基聚氧乙烯醚链的聚合物表现出明显的表面活性,AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEO10C10、AM/AA/AOP10、AM/AA/AEO8C10 和 AM/AA/AE06C10 溶液的表面张力降低至 40.6 mN/m、39.9 mN/m、45.1 mN/m、38.6 mN/m 和 44.3 mN/m。