疏水缔合聚合物剪切流变行为的研究及进展

疏水缔合聚合物在溶液中形成瞬时和可逆的网络结构,在不同剪切作用和历程下表现出不同的响应和流变行为。结合疏水结构、表面活性剂和电解质等因素,综述了疏水缔合聚合物溶液的剪切流变行为、机理和模型研究及进展。     

新型缔合聚合物P(AM/POEA)溶液的流变性质

应用黏度法和动态模量研究了新型缔合聚合物P(AM／POEA)的溶液流变性质。该聚合物由丙烯酰胺(AM)和少量2-苯氧乙基丙烯酸酯(POEA)(n(POEA)≤1．0％)组成。结果表明,共聚物的微结构对其溶液的流变性能有重要影响。嵌段共聚物(BP系列)具有显著的增黏能力,而无规共聚物(RP系列)则没有这种作用。这种由分子间的疏水缔合作用而产生的疏水缔合增黏能力与疏水嵌段的数量和长度密切相关．同时进一步研究了聚合物浓度、盐浓度、温度和剪切速率对溶液黏度的影响。动态模量测试表明,该聚合物缔合体系在实验浓度范围内黏性响应占有优势。     

疏水改性聚合物P(AM/AA/POEA)的溶液性质

应用黏度法研究了新型缔合聚合物P(AM/AA/POEA)的溶液流变性质。该聚合物由丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和少量2-苯氧乙基丙烯酸酯(POEA)组成。结果表明,共聚物中疏水嵌段的数量、长度和离子基团含量对溶液流变性质有重要影响,这种离子型聚合物的溶液性质同时受疏水基团的缔合作用和离子基团间的静电排斥作用的共同影响。同时进一步研究了聚合物浓度和pH值对溶液黏度的影响。研究结果表明,这类聚合物在较宽pH值范围黏度较高,说明在实际应用中可操作的范围较宽。     

基于自组织的两亲聚合物驱油剂粘弹性的影响机理

通过测定疏水缔合两亲聚合物(HAP)黏浓关系曲线,确定其临界缔合浓度(CAC)为800mg/L。应用原子力显微镜(AFM)研究CAC前后溶液的微观结构形貌,证实溶液中存在超分子自组织网络结构。利用MCR301流变仪,探讨了Na+、K+、Ca2+、Mg2+、S2-对动态粘弹性和稳态剪切流变的影响,结果表明,5种离子均使HAP体系的弹性模量G′降低,其降低幅度符合指数递减规律,且二价金属阳离子的影响大于一价金属阳离子。从自组织微观结构角度深入探讨了聚集体缔合结构变化对聚合物粘弹性的影响机理。     

疏水缔合羟乙基纤维素水溶液的流变性及驱油性能

研究了疏水缔合改性羟乙基纤维素(BHEC)水溶液的流变性和驱油性能。结果表明,BHEC的临界缔合浓度在4000 mg/L左右,其增粘性能是HEC的近22倍;NaCl对BHEC水溶液有促进作用,当NaCl含量达到100000 mg/L时,BHEC的表观黏度仍然稳定在699.9 mPa.s,说明其具有良好的抗盐性。BHEC水溶液达到临界缔合浓度才具有粘弹性,并随着聚合物浓度的增加,聚合物溶液的粘弹性越显著,振荡频率越高,损耗因子越低。浓度为6000 mg/L的BHEC水溶液可在水驱基础上提高原油采收率25%~32%。     

一种疏水缔合丙烯酰胺共聚物的合成及流变性能评价

采用自由基胶束共聚法以丙烯酰胺(AM)和N-苄基-N-辛基丙烯酰胺(BOAM)为原料,合成了疏水缔合共聚物(AM-NaA-BOAM),并用红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)表征了共聚物的结构.溶液的流变性实验表明,当共聚物浓度大于600 mg/L时,表现黏度显著增大,表现出疏水缔合行为,溶液的储能模量(G...     

离子型表面活性剂与疏水缔合聚丙烯酰胺的相互作用

通过动态流变、幂律模型、动/静态激光光散射以及荧光光谱考察了丙烯酸十八酯(ODA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)经超声辅助(Ultrasonic assist)自由基共聚制得的疏水缔合聚丙烯酰胺(UHAPAM)的动态流变性及其与阴阳离子型表面活性剂(十二烷基硫酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))之间相互作用关系。结果表明,这种假塑性流体的临界聚集浓度(CAC)为0.27%。当UHAPAM水溶液浓度高于CAC时,SDS影响分子间疏水缔合,使水溶液表观粘度下降;CTAB反而改善疏水缔合性,使表观粘度明显增加,但增粘效果越来越缓和。表面活性剂均使溶液触变性降低。同时,形状因子(〈Rg〉/〈Rh〉)在SDS-UHAPAM体系里随SDS浓度的增加而增加,聚合物分子线团变得相对舒展;而在CTAB-UHAPAM体系里则随CTAB浓度增加而出现最低值,聚合物分子链段历经一个卷缩然后舒展的过程。在SDS和CTAB胶束中加入UHA-PAM,SDS聚集数先减小后增大,而CTAB聚集数则持续增加。     

含氟丙烯酰胺共聚物的合成及性能

为制备性能较好的疏水缔合聚合物,以1H,1H,2H,2H-十七氟癸烷丙烯酸酯(HFA)为疏水单体,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为水溶性单体,采用胶束聚合法合成了含氟丙烯酰胺共聚物(FPAM)。使用红外、荧光、扫描电镜等方法对FPAM结构进行表征,研究了FPAM的耐温、抗盐及抗剪切性能。结果表明,聚合产物结构与疏水单体加量有关,在聚合体系中加入含氟疏水单体后,聚合产物的相对分子质量降低;FPAM中HFA单体结构单元含量先随HFA加量的增加而增大,由于含氟疏水单体的空间位阻效应,当HFA质量分数大于0.4%之后变化趋势变缓。FPAM聚合物中含有HFA强疏水性单体结构单元,在水溶液中会发生疏水缔合作用,到达一定浓度后会形成超分子聚集体,FPAM的临界缔合浓度为300~400mg/L,与相对分子质量较高的丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物相比,含氟疏水缔合聚合物FPAM具有更强的增黏能力和更好的耐温、抗盐及抗剪切性能,可望用于油气开采领域。     

疏水缔合水溶性聚合物P(NVP-DMDAAC-BA)的制备及释药特性

以水为介质,采用自由基胶束聚合制备了二甲基二烯丙基氯化铵(DM DAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和丙烯酸丁酯(BA)三元共聚的疏水缔合水溶性聚合物P(NVP-DM DAAC-BA),产物结构经1H-NM R和IR确证。研究了疏水单元含量对聚合物溶液表观黏度的影响及共聚物对药物萘普生的缓释性能。     

非离子型疏水缔合聚合物PBAM的溶液性能

由丙烯酰胺和N-苯基对烷基丙烯酰胺采用水溶液自由基胶束聚合法合成疏水缔舍聚合物PBAM。研究了共聚物浓度、盐浓度、温度及表面活性剂浓度对共聚物溶液粘度的影响。结果表明,当聚合物的浓度大于临界缔合浓度时溶液的粘度怠剧增加;NaCl的加入使得溶液的粘度下降,但适当结构的聚合物表现出较好的抗盐能力;聚合物浓度恒定时,溶液粘度随表面活性剂SDS浓度的增加急剧增加,达到最大值后迅速下降。聚合物稀溶液的流变行为呈现牛顿流体的性质。     

AM-AMPS-DMDA水溶性疏水两性共聚物溶液性能的研究

采用自由基共聚合反应制备了水溶性丙烯酰胺（ＡＭ）／２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸钠（ＮａＡＭＰＳ）／２－甲基丙烯酰氧乙基－二甲基十二烷基溴化铵（ＤＭＤＡ）疏水两性共聚物。对共聚物稀溶液性质及聚合物组成、聚合物浓度、电解质浓度、温度、剪切速率等因素对共聚物溶液性能的影响进行了研究。结果表明，由于在同一聚合物中引入了疏水结构及两性离子结构，这类疏水两性聚合物表现出较好的耐温抗盐等性能。     

梳型丙烯酰胺共聚物在水溶液中的缔合结构

采用荧光探针研究了丙烯酰胺(AM)/4-乙烯苄基辛烷基酚聚氧乙烯(10)醚(VBPOE)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)梳型共聚物(PAVA)在水溶液中的疏水缔合微结构。结果发现,在纯水和盐水溶液中,随聚合物浓度的增大,疏水微区的数量和非极性明显增加,但当PAVA浓度高于0.20 g/dL时,疏水微区的非极性趋于恒定,而且0.5 g/dLNaCl的加入对I1/I3值(I1/I3的变化可以表征疏水微区是否形成以及监测疏水缔合微区的变化)的影响极小,这证实了分子链在盐水中的构象仍然较伸展,使得PAVA在盐水中也能形成连续的缔合结构,从而赋予聚合物良好的抗盐和增粘性能。随着盐浓度的增加,缔合微结构的非极性变化不大,但其紧密度和数量增加,Ie/Im值持续增大。     

N,N-二丁基丙烯酰胺及其共聚物的合成

将丙烯酰氯与二丁基胺反应合成了N,N-二丁基丙烯酰胺(DBA),分别用红外光谱、碳谱分析了DBA的结构;DBA与丙烯酰胺(AM)经自由基微乳液聚合制备了水溶性疏水缔合共聚物P(AM-DBA),考察了共聚物中疏水单体含量、共聚物浓度、溶液温度对共聚物水溶液粘度的影响。结果表明,在试验范围内,P(AM-DBA)比聚丙烯酰胺具有更优异的耐温耐盐性能和明显的盐增稠现象。并解决了疏水缔合聚合物的水溶性与耐温耐盐性之间的矛盾。     

荧光探针研究温敏大分子单体在水溶液中的热缔合行为

通过芘荧光探针研究了基于双丙酮丙烯酰胺(DAAM)的新型温敏大分子单体在溶液中的热缔合行为。结果表明,温敏大分单体的临界缔合浓度(CAC)取决于丙烯酰胺(AM)与DAAM的组成比。DAAM的比例越大,CAC就越低;随着温敏大分子单体中DAAM的含量、大分子单体浓度和溶液pH的增加,芘的I1/I3值降低,疏水缔合作用增强,且温度越高,I1/I3值越低,呈现明显的热缔合行为。温敏大分单体的热缔合行为随组成、浓度和pH变化的这种性质有可能在新型温敏聚合物及凝胶的合成设计上获得应用。     

温敏性聚合物P（AM-Macromer）及其与表面活性剂的复合性能

以含氧乙基结构的烯类单体(Macromer)和丙烯酰胺(AM)为原料,制备了具有温度敏感性的疏水缔合水溶性共聚物P(AM-Macromer).研究了P(AM-Macromer)溶液与不同表面活性剂的相互作用.结果表明,P(AM-Macromer)在水溶液中与表面活性剂存在明显相互作用,复合效应与聚合物浓度、表面活性剂结构及浓度有关.在较高浓度聚合物溶液中,少量表面活性剂的加入能显著提高溶液的黏度;在低浓度聚合物溶液中,表面活性剂的加入使溶液表观黏度下降.表面活性剂对共聚物P(AM-Macromer)溶液黏度的影响强弱顺序为:SDBSCTABOP-10.     

剪切速率对高粘流体流变性影响因素研究

聚合物以其自身特殊的流变性正被越来越多的人所关注和研究。利用粘度计测定了不同条件下功能聚合物的流变性，研究了剪切速率对功能聚合物粘度的影响及其规律。研究结果表明，剪切速率增大的条件下，功能聚合物表现出了很好的流变特性，这在油田三次采油用聚合物驱油中具有很好的利用价值。     

疏水改性聚丙烯酰胺P(AM/DiC_8AM)的合成及性能

采用二元单体胶束共聚,合成了孪尾疏水改性丙烯酰胺/N,N-二辛基丙烯酰二元共聚物[简称P(AM/DiC8AM)],成功引入了疏水单体.用FTIR分析了各基团峰的归属,证明了共聚物为带有疏水基团的二元共聚物.特性粘数的测定结果表明:分子量M、疏水单体含量[H]增加,特性粘数[η]增大,Huggins常数KH减少,平均线团密度ρequ减少;但随疏水链嵌段长度NH的增加,[η]们增大,KH同样增大.随疏水单体含量[H]、分子量M、疏水链的嵌段长度NH增加,各聚合物溶液临界缔合浓度cac降低,疏水缔合的机率增加.     

探讨剪切速率对聚合物流变性的影响

功能聚合物以其自身特殊的流变性正被越来越多的人所关注和研究。利用粘度计测定了不同条件下功能聚合物的流变性，研究了剪切速率对功能聚合物粘度的影响及其规律。研究结果表明，剪切速率增大的条件下，功能聚合物表现出了很好的流变特性，这在油田三次采油用聚合物驱油中具有很好的利用价值。     

NaBr/TX10溶液中疏水改性聚丙烯酸的缔合行为

通过黏度法和动态光散射法研究了疏水改性聚丙烯酸(HMPA)在仲辛基酚聚氧乙烯醚(TX10)/NaBr水溶液中的缔合行为和微观形态。由Huggins方程确定了HMPA在溶液中的特性黏数[η]和Huggins常数KH。在NaBr水溶液中,体系存在尺寸较小的分子线团以及相对较大的缔合聚集体。TX10参与HMPA的疏水缔合,使其微观形态发生变化。结果表明,在引入非离子表面活性剂的盐水溶液中,HMPA经历了解缔合-重新缔合的过程。     

AM/NVP二元共聚物的溶液性能

采用自由基水溶液共聚法制备了丙烯酰胺／N-乙烯基吡咯烷酮二元共聚物(AM／NVP),使用旋转黏度计测定了共聚物水溶液的表观黏度,详细研究了聚合物浓度、聚合物组成、电解质浓度、温度、剪切速率、表面活性荆浓度等因素对聚合物溶液表观黏度的影响。结果表明,丙烯酰胺／N-乙烯基吡咯烷酮二元共聚物的水溶液具有一定的疏水缔合作用,聚合物溶液具有一定的耐温性和耐盐性。