含磺基甜菜碱基团聚丙烯酰胺的合成及其溶液性质

发布日期:2015-03-24 19:37:26

本文地址:http://www.elparais.com/article/20150324193826.html
文章摘要:自由基聚合 ,湖上京畿指望,党龄值得信赖淫美。

随着社会经济的高度发展,人们对石油的需求量不断增加.经过常规的初次石油开采后,还有占地质 储量约70%的原油因各种因素以不连续相留在地层 中,因此尚需进行二次和三次采油以将其开采利 用.在二次和三次采油中,聚合物驱是有效提高原油 采收率的一种方式目前在采油应用最广泛的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺(PAM),然而PAM长期稳定性差、耐温及耐盐性能差、结构参数单一、与油藏 匹配性差等缺点导致了其驱油效率低[2],因而可通过 对其进行改性提高其性能.目前我国能够生产自由基聚合抗盐聚合物的企业只有三四家,总生产能力在6xl04t/a 左右,远远不能满足三次采油的需求,因此,耐温抗盐聚丙烯酰胺的开发具有广阔的应用前景.

目前研究的改性丙烯酰胺聚合物主要有疏水改 性聚丙烯酰胺>5]和具有表面活性大单体两亲聚丙烯 酰胺甜菜碱型单体具有表面活性的两性大单 体,因其具有良好的溶解性、增黏性和耐温抗盐性成 为研究热点[8_1<>].在甜菜碱型单体中,磺基甜菜碱型 耐温抗盐较竣基甜菜碱型好[1M2],因此,笔者以2种 不同的磺酸甜菜碱表面活性大单体分子与丙烯酰胺、 N,N-二甲基丙烯酰胺合成了 4种具有增黏性、抗盐 性和耐温性含磺酸甜菜碱基团聚丙烯酰胺,并通过实 验对其进行了表征和性能测试.
1实验 1.1试剂和仪器
丙烯酰胺(AM) ;N,N-二甲基丙烯酰胺 (DMAM)(彡99%) ; [3-(甲基乙烯酰胺)丙基]二甲基- (3-磺酸)铵(DMMPPS)(多99.5%) ; [2-(甲基丙烯酰 基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵 (DMAPS)(為99.5%);过硫酸钾;亚硫酸氢钠;氢氧 化钠;氯化钠;氯化钙;六水合氯化镁;高纯氮 (99.999%);其他试剂均为分析纯.
Nicolet IR 330傅里叶变换红外光谱仪;Vario EL HI元素分析仪;BS223S电子天平;DF-101S集热式 恒温加热磁力搅拌器;DZF-6050D真空干燥箱;乌氏 黏度计(0.57 mm).
12 聚合物的合成
在^应瓶#加人定量的单体及去离子水,磁力搅 拌使单体完全溶解,用氢氧化钠调节溶液至中性,通 氮驱氧30 min,依次加入一定量的过硫酸钾和亚硫 酸氢钠,引发剂加人量0.1%(质量分数),引发剂配比 (K2S208 : NaHS03)为1 : 1,待溶液明显变稠后停止 通氮,密封反应瓶,60 °C下恒温反应时间6 h.反应 结束后用丙酮洗涤、浸泡,过滤后进行真空干燥至恒 重,粉碎备用.
1.3聚合物水溶液性质的测定
聚合物的比浓黏度由乌氏黏度计测定.比浓黏 度的计算式为
式中:細为比浓黏度,dL/g; /p为聚合物流经时间, s; &为溶剂流经时间,s; pp为聚合物质量浓度,g/dL.
2结果与讨论
2.1两性离子聚合物的红外光谱分析及元素分析 将制得的聚合物AM-DMMPPS粉末压制成膜, 用Nicolet IR 330傅里叶变换红外光谱仪(溴化钾压 片)测定其红外光谱.
图1为AM-DMMPPS的红外谱图,其中,
1 661.49cm-1 和 3 425.79cm-1 分别为 AM 链上 一CONH2基团中C=0键的伸缩振动和一NH2的伸 缩振动吸收峰;1 409.35 cnT1处为酰胺的C一N和 N—H的混合面内弯曲振动峰;1 179.50cm_1为 一S03—中S = 0的伸缩振动吸收峰;1 036.69cm-1 为_S03—中S—0伸缩振动吸收峰;617.19cm_1处 为C—S的伸缩振动峰;2 777.19〇«_1处为_012_ 伸缩振动峰;2 928.93 cm_1处为一CH3不对称伸缩振 动峰;1 314.02cm_1为季铵盐中一N—CH3键的伸缩 振动吸收峰;1 448.60 cm—1为一N(CH3)3结构中_ CH3键的不对称弯曲振动;故确定合成目标聚合物.
图1 AM-DMMPPS红外谱图 Fig.l IR spectrum of AM-DMMPPS copolymer
用Vario EL HI元素分析仪测定合成聚合物粉末 状固体样品的元素中N、C、S和H的质量分数.样品 检测量3?5 mg.其计算值和测量值如表1所示. 
表1聚合物元素分析结果与计算值 Tab.l Element analysis results and calculated values of copolymers
%
样品wHwNws
计算值实测值计算值实测值计算值实测值计算值实测值
AM-DMMPPS50.2147.357,4035.25816.5216.043.4333.558
AM-DMAM-DMMPPS47.7147.707.0796.23816.0415.363.3332.412
AM-DMAPS49.6246.647.1816.00515.2314.843.4822.706
AM-DMAM-DMAPS50.6847.677.3916.27314.7814.363.3792.526
 
表2聚合反应的产率 Tab.2 Production rate of polymerization
样品单体比例(物质的量的比)产率/%
AM-DMMPPS9:194.6
AM-DMAM-DMMPPS8:1:193.1
AM-DMAPS9:198.3
AM-DMAM-DMAPS8 : i : 196.5
由元素分析可知,H、N实测值与理论值很接近, 而C、S的实测值与理论值存在一定的偏差,可能是 少量含S的单体没有参与聚合反应.
2.2合成两性离子聚合物的产率
聚合物的产率用所得的聚合物的产量来表征,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:即 实际产量与理论产量比值的百分数.表2为反应所 得的不同聚合物的产率.由表2可知,在相同的反应 条件下,有DMMPPS单体的聚合物比有DMAPS的 产率低,而有DMAM单体的聚合物略低于没有 DMAM单体聚合物的产率.
2.3两性离子聚合物溶液的性质
反应所得的溶液配制成所需的溶液,在(30 ± 0.5 ) °C下用乌氏黏度计测量聚合物溶液的流经时间 和溶剂的流经时间,计算出相应的比浓黏度.
2.3.1两性离子聚合物增黏性能
在合成条件相同的情况下,总单体质量分数分别 为10%和15%,合成4组样品,配制成质量浓度为 50 mg/L的聚合物水溶液,测试其比浓黏度,见图2. 由图2可知,在2种不同的单体浓度合成的共聚物样 品中,AM-DMMPPS溶液的增黏效果是最好的,在单 体质量分数为15%时,其比浓黏度达36.8 dL/g.单体 质量分数为15%比单体质量分数为10%所合成的共 聚物溶液黏度高,这是因为单体含量升高相应增加了 单体与活性链的碰撞次数,有利于相对分子质量的增 加,提高聚合物溶液的黏度.
10%,合成4种共聚物.用氯化钠、氯化钙、六水合氯 化镁按物质的量的比2: 2 : 1配制矿化度不同聚合 物浓度相同的溶液,聚合物质量浓度为50mg/L.图 3为4种共聚物在相同含量时,溶液比浓黏度随不同 盐溶液浓度的变化情况.由图3可知,由于4种共聚 物都有磺酸根离子,故都有一定的抗盐效果.AM- DMMPPS和AM-DMAM-DMMPPS的黏度随矿化度 的增大先升高,到一定程度后趋于平稳.这是由于在 盐溶液中,聚合物的分子链内缔合被小分子的盐离子 破坏,分子链变得舒缓,从而黏度有所提高.AM- DMAM-DMAPS在低浓度盐溶液范围内黏度有小幅 度的提高,而后变化不大.AM-DMAPS有一定的抗 盐效果,在盐溶液中黏度保持稳定.