AM-STD-NaAMPS三元疏水缔合共聚物的表征及耐热性能

以自制的疏水单体苯乙烯衍生物(STD)和丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)为原料,合成了三元疏水缔合水溶液共聚物PASA。用红外光谱、核磁共振1H谱和DSC分析证实了共聚物的结构,采用元素分析测定了聚合物的组成,通过原子力显微镜对聚合物溶液形态的表征,证实了PASA水溶液疏水微区的存在。TG分析显示PASA具有优良的耐热性能,其分解温度高达312℃。PASA浓度为0.1g/dL时,表观粘度达208mPa.s,表明了其聚合物具有优良的增粘能力。     

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。     

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。     

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。     

基于聚醚的热增黏接枝聚合物的合成及性能

聚合物水溶液黏度通常会随温度升高而降低。为了解决高温下聚合物溶液的增黏难题,文中利用聚醚(F127)分别与丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸接枝共聚,得到了系列热增黏聚合物。考察了聚合条件、聚合物浓度、亲水单体的性质对聚合物溶液热增黏能力的影响。结果表明,聚合物浓度越高、聚合物相对分子质量越高,聚合物的热增黏性能越好,热缔合温度也越低。     

疏水改性丙烯酰胺共聚物在水溶液中的缔合

罗丹明B荧光探针发现丙烯酰胺(AM)/丁基苯乙烯(BST)/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)共聚物(PASA)在0.05 g/dL水溶液中疏水微区的黏度已较大,说明PASA具有强的疏水缔合效应。动态光散射结果表明,PASA在0.005 g/dL极稀溶液中,主要以单分子存在,部分单分子链发生了分子内缔合;在0.01 g/dL~0.2 g/dL范围内,溶液中均有构象伸展和卷曲的单分子存在,粒径有单分子区和疏水缔合区;当共聚物浓度增加为0.3 g/dL时,流体力学半径分布为单分散,只有缔合体存在。随着分子中疏水链段含量的增加,0.1 g/dL PASA溶液的疏水缔合体(Rh:2800 nm~5000 nm)的数量增加,溶液黏度显著升高。     

胶束共聚法制备丙烯酰胺二元共聚物及其性能评价

以氧化还原体系为引发剂,采用自由基胶束共聚合法制备了疏水缔合型二元共聚物聚(丙烯酰胺/N-辛基丙烯酰胺)P(AM-C8AM)。考察了引发剂用量、引发温度、单体浓度、疏水单体含量、添加剂用量对疏水缔合水溶性聚合物相对分子质量的影响。结果表明,引发剂质量分数为0.01%,单体总质量分数为25%,尿素的质量分数为2%,甲酸钠的质量分数为0.002%,乙二胺四乙酸二钠的质量分数为0.004%,引发温度为15℃时,成功合成了疏水缔合型丙烯酰胺,相对分子质量为1258.43。测定了聚合物水溶液的表观黏度,考察了其耐温抗盐性,在80℃时黏度仍能达到71.6mPa·s,黏度保持率为58.35%。并将其与普通均聚物进行了对比。     

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。     

聚合物P(NaAMPS-VCL-DVB)分子结构对其温敏缔合行为的影响

采用可见分光光度计、变温核磁共振氢谱、流变仪等,从浊点和黏度变化方面研究了2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)/N-乙烯基己内酰胺(VCL)/二乙烯苯(DVB)聚合物PAVD在水溶液中的温敏缔合作用,揭示了PAVD分子结构对其温敏缔合作用的影响规律。可见分光光度计和变温核磁共振氢谱对PAVD水溶液相变过程的跟踪研究表明,聚合物分子中VCL含量越高,浊点越低,且变温核磁共振氢谱测试表明,PAVD分子VCL侧链上亚甲基链段会随着温度的升高而变为疏水性,进而产生疏水缔合作用;流变测试表明,只有当聚合物分子中VCL含量处于一定范围内时,其溶液会出现明显的温敏增稠现象,且VCL含量越高,临界增稠温度越低,温敏增稠现象越显著。最后基于临界增稠温度和浊点的对比分析,对聚合物水溶液的温敏缔合过程进行探讨。     

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%。     

N-异丙基丙烯酰胺共聚物的温敏性

采用自由基水溶液聚合方法制备出了N-异丙基丙烯酰胺(N IPA)温敏共聚物P(AM-N IPA);首次在P(AM-N IPA)结构中引入丙烯酸钠(N aAA)单体结构单元,合成了离子型共聚物P(AM-N IPA-N aAA);考察了共聚物P(AM-N IPA)和P(AM-N IPA-N aAA)溶液温敏性的影响因素;分别采用荧光光谱分析法以及乌氏黏度计稀释法对共聚物溶液温敏机理进行了研究。结果表明,不同共聚单体的配比以及单体含量对共聚物溶液低临界溶解温度(LCST)均有显著影响;当温度高于共聚物低临界溶解温度时,共聚物分子链上的疏水基团的缔合作用增强,导致疏水聚集结构的形成,聚合物分子链发生去溶剂化作用,在共聚物稀溶液中表现为线团收缩,在共聚物亚浓溶液中表现为共聚物分子间聚集发生相分离。     

蒸馏沉淀法制备聚丙烯酰胺复合聚合物微球

在乙腈溶剂中,以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂,用蒸馏沉淀聚合法,首次制备了聚丙烯酰胺复合聚合物微球。通过调配丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)两种单体的比例和浓度以及交联剂的比例,发现在m(AM)∶m(AA)=1∶1、总单体浓度为25 g/L、交联剂占总单体质量的8%时,聚合物微球形貌及其水化后特性最好。同法还由丙烯酰胺与具不同功能单体共聚,合成具有不同功能特性的二元或三元复合微球。本法操作简单,绿色环保,所得微球粒径均一,单分散性好,在水溶液中自身适度膨胀而又不散团,具有一定弹性,可选择性地进入不同地层孔道,适用于油藏深部调驱以提高采收率。     

疏水缔合丙烯酰胺共聚物浓度对其在水溶液中聚集态的影响

通过荧光探针研究了丙烯酰胺(AM)-苯乙烯衍生物(STD)-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)共聚物(PASA)在溶液中的疏水缔合作用。结果表明．PASA在淡水和盐水中均具有强的疏水缔合效应,盐的加入使疏水缔合结构更紧密。0．3g／dL PASA在淡水和盐水中的I1/I3值分别为1.23和1．05。环境扫描电镜(ESEM)的研究结果表明,0．05g／dL PASA在淡水中已形成了连续的物理交联网络,使其具有优异的增粘能力。盐的加入破坏了交联网络结构,形成紧密的球形、椭球形和棒状聚集体,使溶液粘度下降。     

含大单体四元共聚物的盐诱导增粘和缔合行为EI北大核心CSCD

针对驱油聚合物难以应用于高盐油藏的难题,合成了新型大单体烯丙基辛基酚聚氧乙烯(20)醚(APE),将其与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)和4-乙烯基联苯(VP)共聚,获得了抗盐共聚物PSA。PSA显示了优异的由盐诱导的增粘性能,在70.00g/L NaCl中的临界缔合浓度只有0.3g/L;当NaCl浓度高于40.0g/L后,溶液黏度反而比纯水中的黏度高得多,且随着NaCl浓度的增加急剧上升。探针分析以及原子力显微镜结果显示,PSA分子链在纯水中的构象伸展,通过分子间疏水缔合作用形成了分子链束,高盐的加入使缔合作用显著加强,溶液黏度急剧上升。     

含大单体四元共聚物的盐诱导增粘和缔合行为

针对驱油聚合物难以应用于高盐油藏的难题,合成了新型大单体烯丙基辛基酚聚氧乙烯(20)醚(APE),将其与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)和4-乙烯基联苯(VP)共聚,获得了抗盐共聚物PSA。PSA显示了优异的由盐诱导的增粘性能,在70.00g/L NaCl中的临界缔合浓度只有0.3g/L;当NaCl浓度高于40.0g/L后,溶液黏度反而比纯水中的黏度高得多,且随着NaCl浓度的增加急剧上升。探针分析以及原子力显微镜结果显示,PSA分子链在纯水中的构象伸展,通过分子间疏水缔合作用形成了分子链束,高盐的加入使缔合作用显著加强,溶液黏度急剧上升。     

聚合物基纳米复合材料的增强增韧机理

大量的研究数据表明,聚合物基纳米复合材料具有同时增强增韧效果。结合环氧树脂／二氧化硅和聚酰亚胺／蒙脱土纳米复合材料的研究工作和有关文献综述了聚合物基纳米复合材料的各种增强增韧机理,包括物理化学作用和微裂纹化及裂缝与银纹相互转化增强增韧机理、临界基体层厚度增韧机理、物理交联点增强增韧机理,并对不同的纳米复合材料体系的实验结果进行了合理的解释。最后展望了这些机理在聚合物基纳米复合材料设计与应用中的指导作用。     

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.     

非离子型疏水缔合聚合物PBAM的合成

通过自由基胶束共聚法制备了PBAM系列非离子型疏水缔合共聚物,并对聚合反应进行了研究,结果表明,丙烯酰胺的水相聚合反应动力学仍然适用于胶束共聚合过程;在聚合过程中由于表面活性剂胶束的存在,疏水单体在反应初期的嵌入率很高,而后期主要以丙烯酰胺均聚物为主,导致严重的微现结构非均匀性,而这种非均匀性对共聚物的增粘性能有很大的影响。     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

疏水缔合羟乙基纤维素的合成工艺

通过羟乙基纤维素(HEC)与溴代十二烷(简称BD)的大分子反应制得疏水缔合羟乙基纤维素(简称BD-HAHEC),系统研究了合成工艺参数如反应温度、反应时间、活化剂浓度、HEC浓度及疏水单体用量对其增粘性能的影响;通过优化改性工艺参数,获得了具有较高增粘性的BD-HAHEC;并用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、差式扫描量热仪(DSC)和Brookfield转子粘度仪对产品进行了表征。