丙烯酰胺-月桂醇聚氧乙烯(6)醚丙烯酸酯水溶性的性能

2005年9月精细石油化工SPECIALITY PETROCHEMICALS第5期丙烯酰胺-月桂醇聚氧乙烯(6)醚丙烯酸酯水溶性的性能赵素惠王永清马丽萍(西南石油学院,四川成都610500)摘要:由丙烯酸(AA)和月桂醇聚氧乙烯(6)醚聚合得到具有表面活性的硫水单体月桂醇聚氧乙烯(6)醚丙烯酸酯(AE)。按疏水单体占单体总质量的0.5%、5.0%、10.0%投料,使AE与丙烯酰胺(AM)在水溶液中聚合,得到AME系列聚合物,并在相同的实验条件下AM自聚制得了聚丙烯酰胺。考察了聚合物浓度、单体含量、盐浓度、温度、剪切速率等因素对疏水缔合聚合物溶液性能的影响,结果表明,疏水基团的引入可使聚合物有良好的抗温、抗盐、抗剪切稀释性关键词:疏水单体可溶性疏水締合聚合物抗温抗盐抗剪切稀释性中图分类号:TQ423.12献标识码:A随着聚丙烯酰胺(PAM)及其部分水解产物[与月桂醇聚氧乙烯(6)醚摩尔比为1.2]、对苯二(HPAM)在油田作业中的推广应用,它们性能上酚(占单体总质量的0.15%)、甲苯(占单体总质的缺点也日益显露出来,如:不适用于高温、高矿量的40%),在搅拌下用水浴加热升温至70℃化度地层,易发生剪切降解等。如何获得具有良待试剂全部溶解后,缓慢滴加浓硫酸(占单体总质好的耐温耐盐及抗剪切稀释性的可溶于水的超高量的1.5%)。在93℃反应4h,用NaOH溶液调相对分子质量聚合物,成为人们研究的主要目标。节溶液pH值至中性,在120~135℃蒸馏以除去在合成含有丙烯酰胺基的聚合物时引人疏水携水剂,用丙酮提纯得到月桂醇聚氧乙烯(6)醚丙基团,通过它的疏水缔合作用来改善聚合物的性烯酸酯(AE)。能是一条有效途径。在水溶液中,疏水基团会聚1.3丙烯酰胺-AE(AME)及PAM的制备集成疏水缔合型聚合物,从而大幅度提高聚合物向烧杯中加入一定量的丙烯酰胺(AM)、AE的结构粘度,并且在盐溶液中也不象聚电解质(=26%,其中AE分别占单体总质量的样粘度损失严重,小分子电解质的加入可增加溶0.5%,5.0%,10.0%)、过硫酸铵(=0.02%)剂的极性,使疏水缔合作用更加显著溶液粘度增去离子水,在磁力搅拌下于60℃恒温水浴中反应加,产生明显的抗盐性。一般聚合物在高剪切速约1h,得到AME系列聚合物(AME0.5、AME率下会出现不可逆机械降解;但疏水缔合聚合物5、AME10)。产物用丙酮洗涤2次后放入烘箱在高剪切速率下损失的粘度会因聚合物的交联而烘干,待用逐渐恢复,因而它在三次采油聚合物驱油中发挥在w(AM)26%、v(过硫酸铵)=0.02%,反了重要作用应温度为60℃,反应时间约1h的条件下,制备实验PAM1.1主要试剂1.4聚合物溶液性质的评价实验月桂醇聚氧乙烯(6)醚、丙烯酸、丙酮、对苯」1)增粘效果。分别配制不同浓度的聚合物酚、甲苯等均为分析纯。溶中国煤化工,待完全溶解后12疏水单体的制备CNMHG在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器的三颈瓶U4-0/;修汉收巧日期:2005-06-15作者简介:赵素惠(1981-),西南石油学院在读研究生,E中加入一定量的月桂醇聚氧乙烯(6)醚、丙烯酸mil:zhaosuhuit163.com精细石油化工2005年用NX6-3型旋转粘度计测定各溶液粘度。超分子结构的动态物理交联网络,使流体力学体2)抗温性能。分别配制0.5%的聚合物溶积增大,溶液粘度增幅较大,此时溶液的粘度明显液,在不同温度下用NX6型旋转粘度计在300高于PAM2。此外,疏水单体含量越高,溶液的r/min、500s-1条件下测定各溶液的粘度。粘度也就越高。3)抗盐性能。分别配制0.5%的聚合物溶2.2温度对聚合物溶液粘度的影响液,向其中加入一定量的NaCl,得到不同浓度的图2为聚合物水溶液的粘度与温度的关系。盐溶液,在30℃用NX6型旋转粘度计在300r/从图2可见,AME5、AME-10聚合物水溶液的min、500s-1条件下测定各溶液的粘度。粘度随温度的升高都有所降低,但AME0.5的4)抗剪切性能。分别配制0.5%的聚合物溶曲线变化情况无规律。在相同温度下,PAM水液,在25℃用NX6型旋转粘度计测定不同转速溶液的粘度值要比AME系列聚合物水溶液的粘下各溶液的粘度度值低。有人[3认为,疏水缔合作用是一个吸热2结果与讨论的熵驱动过程,当温度升高时,有利于分子间的缔2.1聚合物含量对水溶液粘度的影响合,溶液的粘度上升;但同时温度的升高使疏水基图1为各溶液在不同聚合物含量下的粘度曲和水分子的热运动加剧,疏水基团周围的水合层线。从图1可以看出,PAM水溶液的粘度与含量发生变化,疏水缔合作用减弱。这两个因素竞争的关系表现为一条较为平坦的曲线,在PAM含的结果决定了不同疏水缔合聚合物溶液的粘度量2.0~4.0mg/g范围内粘度没有变化。而值,所以缔合聚合物溶液的粘度随温度的变化关AME系列聚合物溶液的粘度均随聚合物含量的系复杂无规律。增加而增加,在含量较低时,粘度与含量可近似成正比例关系;达到一定值后,粘度的增幅开始显著增大。AME-1OAME-S温度AME-O-S图2AME,PAM水溶液的粘度与温度的关系2.3NaCl含量对聚合物粘度的影响聚合物含量Amg·g)图3为聚合物溶液粘度与NaCl含量的关图1聚合物含量与溶液粘度的关系系这种现象表明,在聚合物分子链上引入疏水基团形成疏水缔合物后其溶液粘度得到显著提高。在每条AME系列曲线上都存在一点,在此点前AME曲线处于PAM曲线下,增势较为平AME-5缓;而在此点后,AME曲线在PAM之上,曲线增幅较大。该点所对应的浓度就称为临界缔合浓度AME-0.5(C)。疏水缔合有两种方式,即分子内缔合和分子间缔合,这两种缔合方式同时存在。在CC时,则主要以分子间缔合为合物水溶液的粘度比PAM溶液的要大。NaCl主;随着疏水聚合物浓度的增大,分子间缔合形成的加入对溶液有两方面影响:对静电斥力的影响第5期赵素惠等.丙烯酰胺-月桂醇聚氧乙烯(6)醚丙烯酸酯水溶性的性能和对疏水缔合作用的影响。当聚合物溶液粘度较PAM要高。在AME10曲线中出现的凸点可能大时,疏水分子间的缔合主要是以分子间缔合为是因为聚合物链在较小的剪切速率下变得更伸主。小分子电解质的加入,使聚合物离子基团上展,使分子间缔合增加,从而导致粘度的增大。的电荷被屏蔽,离子间静电斥力作用减弱,聚合物链卷曲,宏观上表现为粘度的降低。另一方面,NaCl的加入使聚合物极性增强,在水溶液中疏水基团通过进一步增强分子间缔合来力求与水的接AMF-O.5触体积达到最小,大分子线团物理交联点增多,分子间缔合形成的超分子结构增大,即流体力学体积增大,宏观上表现为溶液粘度大幅升高。当盐PAM对静电斥力作用的影响大于对疏水缔合作用的影8501020响时,溶液粘度降低;反之,溶液粘度上升。剪切速*k1图4聚合物溶液的粘度剪切速率曲线由于PAM分子间不存在疏水缔合作用,只存在静电排斥,所以其水溶液粘度随盐含量的增PAM溶液粘度的降低是由于机械力作用使加而下降。在AME0.5的溶液中,由于疏水基聚合物化学键发生断裂,长链分子变短,流体力学团含量很低,盐对静电斥力的影响远远大于对疏尺寸变小引起的,这种机械降解是不可恢复的,而水缔合作用的影响,因此其溶液粘度与盐含量的疏水缔合物的机械降解具有可逆性。在高剪切速关系与PAM相似。在AME5中,当v(NaC在率下,疏水缔合形成的动态物理交联网络被破坏,0~1%时,盐对离子间静电斥力的影响占主导作溶液粘度下降;剪切速率降低或消除后大分子链用,溶液粘度减小;而当v(NaCl)大于1%时,盐间的物理交联重新生成粘度又将恢复。疏水缔对疏水缔合作用的影响超过对静电力的影响而占合物的这一特性显著区别于一般聚合物,体现出主导作用,溶液粘度随盐含量的增加而增加。在硫水基团的性能在剪切稀释上的优越性。图5为AME10聚合物中,疏水基团含量提高,在其水溶在一个剪切周期内AME5、PAM溶液的粘度变液中疏水缔合作用始终是主导因素,故溶液的粘化。图5中AME5恢复后的粘度有所增加,可的粘度随盐含量增加而增加的趋势不明显,甚至造咸剪切速率使分子链变得更加伸展,使度随盐含量的增加而增加能是由于当疏水基团含量低时,疏水缔合聚合物溶液得有更多的分子间缔合形成,流体力学体积增大出现下降的趋势,抗盐效果不理想,而当疏水基团含量太高时聚合物难溶于水。由此可见,要得到具有良好抗盐性的疏水缔合聚合物就要选择适当2恢复后的疏水基团含量。AME-S2.4剪切速率对聚合物粘度的影响图4为聚合物溶液的粘度随剪切速率变化的PAM关系。从图4可以看到,总体上各聚合物溶液的粘度随剪切速率的增大而下降;在相同的剪切速剪切速半率下,AME系列溶液粘度比PAM的要高。图5AME5、PAM表现粘度在一个剪切周期内的变化曲线对于PAM来说,随着剪切速率的增加,聚合3结论物分子链断裂越严重,表现为粘度的下降。疏水中国煤化工基团而制得的疏缔合聚合物在高剪切速率下虽然也发生了分子链水缔上化学键的断裂,但由于疏水缔合作用的存在,所PACNMHG的表观粘度比m、um、稀释性更强,从以在同等程度下,疏水缔合聚合物溶液的粘度比一定程度上弥补了PAM在性能上的缺陷,具有2005年更广泛的应用前景。2罗开富,张熙,黄荣华.疏水缔合水溶性聚合物的合成,油田化学,1999,16(3):282~286McCormick C L, Bock J, Schulz D N. Water-soluble Poly-mer. In: Mark H F, Bikales N M, Overberger C G, et al.ience and Engineering. New York1叶林,黄荣华P( AM-NVP-DMDA)疏水缔合水溶性共聚物的Wiley-Interscience, 1989, 17(2): 730-784研究.功能高分子学报,1999,12(1):70~75STUDY ON PROPERTIES OF WATER-SOLUBLEHYDROPHOBICALLY ASSOCIATING POLYMER AMEZhao Suhui, Wang Yongqing and Ma lipingSouth-West Petroleum Institute, Chengdou 610500, Sichuan, China)Abstract: Surface-active hydrophobic mono-lauryl polyoxyethylene(6)ether acrylate (AE) was pre-pared from lauryl alcohol polyoxyethylene(6) ether and acrylate (AA). AME-0. 5, AME-5 and AMe10 were synthesized from aE and acrylamide(AM) in aqueous solution, based on different weight percentage of the hydrophobic monomer. Under the same conditions, polyacrylamide(PAM) was synthe-sized. The effects of polymer concentration, monomer content, salt concentration, temperature andshear rate on the solution properties of hydrophobically associating wate-soluble polymers were studied. The results showed that, as the hydrophobic monomer was introduced, the polymer exhibitedgood qualities in temperature tolerance, anti-salt and shear stability.Key words: hydrophobic monomer; water-soluble hydrophobically associating polymer; temperaturetolerance; anti-salt; shear stability《化工设计》2006年征订启事《化工设计》是国家科委批准的全国化工设计行业国家级科技刊物。由中国成达工程公司(化工部第八设计院)中国石油和化工勘察设计协会联合主办,34个部、省级设计单位协办。国内外公开发行,国内统一刊号:CN51-1355TQ;国际标准刊号:ISN1007-6247。本刊坚持理论与实践相结合,以实用为主的办刊方针,特点是技术与管理并重《化工设计》是发布化工行业化工设计标准局部修改条文的指定刊物,也是建设部等发布化工行业标准的刊物。本刊获全国化工优秀信息成果二等奖,已入编《中国学术期刊(光盘版)》,—数字化期刊和中文科技期刊数据库中国科学引文数据库来源期刊。并参加中国化工信息中心计算机网络与四川省期刊网络而进入国际互联网报道内容:国家有关基本建设和设计工作的方针政策;石油、化工、医药、橡胶等行业各设计专业的设计技术,开发、科研、施工及生产中的经验、成果与国内外发展情况;工程总承包、设计体制改革与国外合作设计的经验;加强设计管理和项目管理提高设计质量的经验以及工矿企业生产技术改造与四新成果等。主要栏目:综述评论、设计技术、技术开发、设计管理、计算机应用、设计体制改革、环境保护、技术经济与市场、技术改造、国外化工、问题讨论、标准信息与消息报道订阅办法:本刊为双月刊,每本定价8元,年定价48元(含邮资费)。老订户由本部随刊物寄订单。新订户可来函来电索取订单;也可在全国非邮发报刊联合征订服务部的《联订目录》订单上订阅;或直接邮汇、银行汇款订阅地址:四川省成都市人民南路四段28号邮编:610041电话:(028)85521546传真:(028)8中国煤化工帐户:中国成达工程公司开户行:成都YHCNMHG帐号:51001479066050629728E-mailCuiRuoChuan@chengda.com