疏水缔合聚丙烯酰胺的合成及性能评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵(C16DM)为单体合成了疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)。最佳的反应条件为:w(引发剂)=0.3%(以单体总质量计),x(C16DM)=0.5%,x(AA)=25%,w(总单体)=20%,pH=7～8,反应温度50℃,反应时间8 h。采用元素分析和红外光谱对其结构进行表征,同时研究表明,质量浓度1 g/L时溶液表面张力可降至42.2 mN/m,接近3 g/L时出现临界缔合浓度;黏度随温度上升缓慢下降,溶液具有剪切稀释性。     

一种疏水缔合型阳离子聚合物酸液稠化剂的合成及性能

以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵(HDMC)为原料,采用自由基水溶液聚合制备阳离子型疏水缔合聚合物P(DMC-HDMC)。用红外光谱、核磁共振氢谱和荧光光谱分别对其分子结构和疏水微区结构进行了表征,并对其在酸液中的流变性进行了考察。结果表明,P(DMC-HDMC)含有亚甲基长链(CH2)15,在溶液中能够形成疏水微区,且其临界缔合质量分数(CAC)为～0.17%(质量分数)。在w(HCl)=20%的溶液中,当w〔P(DMC-HDMC)〕=0.16%(CAC)时,其流出时间t分别为20.47 s和40.8 s;与非疏水缔合型聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)相比,随酸质量分数的增加,PDMC的黏度明显降低,而P(DMC-HDMC)则相对稳定,整体呈略微上升趋势;w〔P(DMC-HDMC)〕=1.0%时,在w(HCl)=20%溶液中60、90℃下的热稳定性ω分别为85.5%和70.4%;w〔P(DMC-HDMC)〕=0.8%时,w(HCl)=20%溶液中30℃、170 s-1下剪切120 min后剪切稳定性ω'为88.3%。     

疏水缔合聚合物减阻剂的合成及流变性能

采用疏水单体FW-12(物质的量比2∶1的丙烯酸十八酯与甲基丙烯酸十六烷基酯混合物)与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合得到水溶性疏水缔合聚合物减阻剂FHAPAM。考察了聚合过程放热特点,找出含疏水基团时聚合反应热量变化基本规律,用流变仪测定了FHAPAM水溶液的流变性能;芘探针实验探究了溶液的极性及变化规律;室内减阻实验测试其减阻性能。结果表明:FHAPAM聚合温度受疏水单体摩尔分数影响较大,存在明显的平台区,FHAPAM水溶液受剪切作用表现出强触变性;溶液极性随疏水单体摩尔分数的增加而降低,且第一振动带与第三振动带强度比值I1/I3的比值存在突变点;FHAPAM耐温性强于普通聚丙烯酰胺(PAM);疏水单体摩尔分数不同,储能模量(G')、损耗模量(G″)均表现出特殊性。FHAPAM低浓度时,减阻性能优良,其展现出作为滑溜水压裂液良好的应用前景。     

疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA)的合成与性能研究

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酸十八酯(SA)、丙烯酰胺(AM)通过自由基胶束共聚法合成疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA)。经红外和核磁共振表征聚合物结构,并测定在不同剪切速率、NaCl、CaCl2浓度及温度条件下的聚合物溶液表观黏度的变化以及聚合物溶液的临界缔合浓度。结果表明,所制备的疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA),它的临界缔合浓度在0.25~0.3g/dL,具有一定的抗温、抗盐性以及抗剪切性,且对二价盐的抗盐性比一价盐要好。     

两性疏水缔合聚丙烯酰胺的合成及性能

以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基八烷基磺酸(HAMC8S)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,合成了含有疏水碳链、磺酸基以及季铵盐等活性基团的两性疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)AA/AM/HAMC8S/DMDAAC,相对分子质量(简称分子量,下同)为5.5×106,并通过红外光谱和1HNMR对其结构进行了表征。最佳反应条件为:w(总单体)=30%,w(引发剂)=0.10%(以单体总质量计),反应温度为55℃,反应时间为5 h,产率为84%。同时研究表明,温度为80℃时,黏度保留率达66%以上;盐度为8%时,黏度保留率达75%以上;剪切作用时间为240 min时,黏度有所增加,这些性能都远高于相同条件下均聚聚丙烯酰胺(HPAM)黏度保留值。     

不同疏水缔合聚合物之间协同效应的研究

将丙烯酰胺(AM)/丙烯酸钠(Na AA)/十六烷基二甲基烯丙基氯化铵(C16DMAAC)共聚物(PA),与丙烯酰胺(AM)/丙烯酸钠(Na AA)/2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠(Na AMC14S)共聚物(PB)混合得到混合溶液PA/PB。在5 000 mg/L Na Cl溶液中,固定聚合物质量浓度为2 000 mg/L的条件下,以黏度为依据确定了PA与PB的最佳质量比为3∶7,此时混合溶液PA/PB表观黏度为62.7 m Pa·s,高于单一聚合物溶液PA和PB的黏度。在最佳复合配比下,考察了Na Cl浓度、温度、剪切速率及聚合物浓度对混合溶液PA/PB黏度的影响,结果表明,混合溶液PA/PB具有比单一聚合物溶液PA和PB更好的耐温抗盐、抗剪切性能和增黏性能,证实PA与PB之间存在明显的协同效应。通过流变性测试获得特征松弛时间(TR)和平台区模量(G0)研究了两者的协同机理,表明混合溶液PA/PB网络结构交联点密度高于PA和PB,且强度强于PA和PB。     

AM_nBS_SSS三元疏水缔合聚合物PAnBS的合成及溶液性能研究

以对正丁基苯乙烯(nBS)、对乙烯基苯磺酸钠(SSS)和丙烯酰胺(AM)为原料,采用自由基胶束聚合法合成了阴离子型三元疏水缔合聚合物PAnBS,用红外光谱法、紫外光谱法以及核磁共振氢谱法对共聚物的结构进行了表征;考察了不同反应条件对共聚物溶液表观黏度的影响,得到了具有较强增黏能力的聚合物合成工艺条件:nBS、SSS和引发剂用量分别为总单体摩尔分数的1.5%、9%和0.1%,总单体和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在溶液中的质量分数分别为25%和6%,反应温度50℃,反应时间10 h。与相对分子质量(简称分子量,下同)1 970万、水解度19.43%的超高分子量部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)相比,所得PAnBS在NaCl或CaCl2水溶液中具有更强的增黏能力;PAnBS在淡水或盐水溶液中于80℃下的耐老化性能优于超高分子量HPAM,表现出优良的耐温抗盐性能。     

疏水缔合聚合物溶液的性能

疏水缔合水溶性聚合物指在常规水溶性聚合物主链上引入极少量疏水基团所形成的一类新型聚合物。与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)相比,这类聚合物的分子量不高,但具有独特的溶液性能。本文综述了疏水缔合聚合物的增黏、耐温、抗盐、抗剪切的溶液性能。     

疏水缔合聚合物湍流减阻特性影响因素

该文采用自行设计的气驱流体摩阻测试装置,研究了分子量、疏水单体比例和水解度对疏水缔合聚合物(HAWP)湍流减阻特性的影响;并且与ESEM观测不同质量浓度范围的HAWP水溶液的微观结构进行比对,讨论了HAWP的减阻机理。结果表明,当分子量大于1 000×104g/mol时,其减阻率在质量浓度为200 mg/L处和临界缔合质量浓度(CAC)处存在双峰值,对应两种不同的减阻机理;当分子量小于1 000×104g/mol时,仅在CAC处存在单一峰值;分子量越大第一峰值越高,分子量越小第二峰值越高。质量浓度小于CAC时,HAWP疏水单体比例越大,减阻率越小;而随着质量浓度的增大,疏水单体比例越大的,减阻率上升越快;而当质量浓度大于CAC时,则出现疏水单体比例越大减阻率越高的现象。HAWP在实验质量浓度范围内,减阻率均随着水解度的增大而增大。     

压裂用疏水缔合聚合物溶液性质及减阻性能

以功能性疏水单体甲基丙烯酸长链酯与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,合成了疏水缔合聚合物HAWP-18。采用流变仪考察了HAWP-18的耐剪切性能、黏弹性及触变性。结果表明:HAWP-18属于假塑性流体,临界缔合质量浓度为2.31 g/L,随着剪切速率增加,HAWP-18的表观黏度缓慢下降后不变,剪切速率降低后,表观黏度可再度恢复,表现出较强的耐剪切性能;黏弹性测试表明:HAWP-18是典型的黏弹性结构流体,具有较宽的线性黏弹区,该体系的储能模量G'大于损耗模量G″,并且黏度越大,弹性特征越强。采用稳态剪切测试考察了不同质量浓度HAWP-18的剪切应力与剪切速率的关系,结果表明:HAWP-18具有触变性,并且触变性随质量浓度增大而增强。使用自制摩阻测试仪测定了不同质量浓度HAWP-18的减阻性能,结果表明:HAWP-18减阻率随质量浓度的增加先上升后降低。     

新型孪尾疏水改性聚合物／表面活性剂的溶液性能研究

采用前加碱胶束共聚-共水解法制备了丙烯酰胺、丙烯酸钠和新型孪尾疏水单体N,N-二正辛基丙烯酰胺的三元共聚物P(AM/NaAA/DiC8AM),利用FTIR和1H-NMR确定了共聚物的结构,测定了共聚物/表面活性剂复合体系水溶液的表观粘度,研究了表面活性剂种类、温度、电解质、剪切速率等因素对复合体系溶液表观粘度的影响。P(AM/NaAA/DiC8AM)/SDS和P(AM/NaAA/DiC8AM)/CTAB复合体系的溶液表观粘度与HPAM共聚物溶液相比有明显的提高,疏水单体含量越大,复合体系的溶液表观粘度越大,且其溶液具有一定的耐温、耐盐和抗剪切性。     

一种疏水缔合型阳离子聚合物酸液稠化剂的研究

摘要：以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵（HDMC）（实验室自制）为原料,采用自由基水溶液聚合制备阳离子型疏水缔合聚合聚合物P (DMC-HDMC)。利用红外光谱和荧光光谱分别对其分子结构和疏水微区结构进行表征,并对其在酸液中的流变性进行了研究。研究结果表明：P (DMC-HDMC)含有亚甲基长链 (CH2)16,因而在溶液中能够形成疏水微区,且其临界缔合浓度（CAC）为~1700ppm。在20wt%的HCl溶液中,当P (DMC-HDMC)浓度为0.16wt%(CAC）时,其流出时间分别为20.47s和40.8s;与非疏水缔合型聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（PDMC）相比,随酸浓度的增加,PDMC 的粘度明显降低,而P (DMC-HDMC)则相对稳定,整体呈略微上升趋势。     

改性聚丙烯酰胺水溶液的疏水缔合性质

合成了一种疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺共聚物，使用荧光光谱法并结合紫外及流变性实验，对制备的疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺共聚物在水溶液中形成疏水微区、超分子聚集体及空间网络结构进行了研究，并用扫描电子显微镜证实了溶液中网络结构的存在．     

疏水缔合水溶性耐温耐盐聚合物的研究进展（一）

疏水缔合水溶性聚合物是一种亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性聚合物 ,在水溶液中具有良好的耐温、耐盐、增粘作用和储存稳定性。从该类聚合物的聚合方法及聚合物的分子量、聚合物中离子基团、疏水基团的类型、链长及含量、聚合物分子链上疏水基团序列分布、无机盐、剪切作用、温度和表面活性剂等对聚合物溶液性能的影响综述了最新研究进展 ,展望了它在油气田开采、污水污泥处理、涂料工业、生物医学、湍流减阻中的应用。     

AM-AA-ADMOAB共聚物的合成及其水溶液的黏度性能

通过丙烯酰胺 (AM)、丙烯酸 (AA)与甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基溴化铵 (ADMOAB)共聚 ,合成了疏水化水溶性共聚物 (HAPAM)。考察了HAPAM的组成、质量浓度及无机盐对其水溶液黏度行为的影响。发现组成对黏度有直接影响 ,水溶液黏度随共聚物的质量浓度增加而增大并存在临界缔合质量浓度 ρ ,ρ 与其组成紧密相关。结果表明 :由于在聚合物中引入了疏水结构及两性离子结构 ,这类聚合物表现出较好的抗盐性能     

疏水化水溶性两性纤维素接枝共聚物CGAO的合成及其水溶液的粘度性能

通过丙烯酰胺（AM）及甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基溴化铵（ADMOAB）与羧甲基纤维素钠（Na－CMC）进行接枝共聚制备了疏水化水溶性两性纤维素接权共聚物（CGAO）。用红外光谱与元素分析对CGAO的组成进行了分析。考察了CGAO的组成、浓度及无机盐对其水溶液粘度行为的影响。发现组成对粘度有直接的影响;水溶液粘度随共聚物的浓度增加而增大存在一临界聚合物浓度（cp）,cp与其组成紧密相关;在低的无机盐浓度时,溶液的粘度随无机盐浓度增加而降低,进一步增加无机盐浓度时,溶液粘度随无机盐浓度增加而提高,显示出了这种疏水化水溶性两性聚电解质特有的耐盐增粘性能。     

压裂用疏水缔合聚合物溶液性质及减阻性能研究

摘要：以一种功能性疏水单体与丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为原料,合成了一种疏水缔合聚合物HAWP-18。采用流变仪考察了疏水缔合聚合物HAWP-18的耐剪切性能、黏弹性及触变性,结果表明,HAWP-18属于假塑性流体,临界缔合浓度为2.31g/L,表现出较强的耐剪切性能;黏弹性测试表明,HAWP-18是典型的黏弹性结构流体,具有较宽的线性黏弹区,该体系的储能模量G''大于损耗模量G'',并且黏度越大,弹性特征越强;采用稳态剪切测试研究了不同质量浓度HAWP-18的剪切应力与剪切速率的关系,HAWP-18具有触变性,并且触变性随质量浓度增大而增强;使用自制摩阻测试仪测定了不同质量浓度HAWP-1的减阻性能,结果表明,HAWP-18减阻率随质量浓度的增加先上升后降低。HAWP-18的耐剪切性及其良好的黏弹性、触变性和减阻性能为其应用于压裂液提供了实验支撑。     

疏水缔合聚合物HT-1在多孔介质中的渗流类型

利用实验自制平板夹砂渗流装置,研究了疏水缔合聚合物在两级串联平板夹砂渗流模型中渗流。结果表明：疏水缔合聚合物在两级串联多孔介质中存在三类不同的渗流类型,与孔隙介质的渗透率相关;第I类：当渗透率大于1.8 μm2时,表现为阻力系数在流动方向上相等的渗流特性;第II类：当渗透率等于1.8 μm2时,表现为阻力系数在流动方向上增大的渗流特性;第III类：当渗透率小于1.8 μm2时,表现为阻力系数在流动方向上减小的渗流特性。通过单级与两级串联平板夹砂渗流模型中渗流实验的对比,推断出第II类和第III类渗流类型中阻力系数的差异是由聚集体变化造成的。并采用单级与两级串联微孔滤膜过滤实验和动态光散射实验研究了渗流过程中聚集体尺寸变化,验证出第Ⅱ类和第Ⅲ类渗流类型中阻力系数的差异是由疏水缔合聚合聚集体尺寸在串联平板夹砂模型中发生变化造成的。