疏水基改性聚丙烯酰胺的研究_童身毅

疏水基改性聚丙烯酰胺的研究
童身毅 金晓岚 程 琳
(武汉化工学院化工系,武汉430073)
摘 要 水解型聚丙烯酰胺(HPAM )通过化学接枝反应在其大分子亲水主链上引入少量的十六碳疏水基团的支链,得到一种疏水基改性的接枝共聚物)))水解型聚丙烯酰胺接枝十六醇(HPAM-g-HDO)。

流变性能测定表明,HPAM -g -HDO 的抗盐、抗剪切等性能较HPAM 有明显提高,是一种性能优异的驱油用增稠剂。

关键词 聚丙烯酰胺 增稠剂 驱油 疏水改性 接枝共聚
收稿日期:2003-09-27。

作者简介:童身毅,教授,1966年毕业于北京化工大学,1981年获硕士学位,现从事精细化工产品开发与高分子
材料的研究。

传统的聚合物驱油作业中,绝大多数使用聚丙烯酰胺,少数使用黄原胶,但石油工业界普遍认为,现有的聚丙烯酰胺在剪切稳定性和耐温、抗盐等方面的性能需要改进。

菲力浦石油公司研制了三类改性聚丙烯酰胺,通过共聚法引入疏水基112。

国内也有关于疏水基团改性聚丙烯酰胺研究的报道
122
,如用沉淀聚合法制备疏水缔合型聚合物丙
烯酰胺/丙烯酸十四酯共聚物P(AM/TA),此聚合物在1.5%的NaCl 溶液中的粘度较聚丙烯酰胺高。

本研究通过接枝共聚法在聚丙烯酰胺的亲水主链上引入极少量侧基,制备了一类新型水溶性聚合物。

1 实验部分1.1 实验方法
在带搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中,加入水解型聚丙烯酰胺(HPAM )(相对分子质量8@106~10@106,工业级)和计量的二甲苯,加热回流脱水约1h 后加入定量的十六醇(化学纯),温度控制在115e 左右,再回流约1h,降温至70~80e ,加入一种含芳香环的偶联剂,保持温度在90~100e 反应3h 。

反应结束后,降温至40e 后出料,真空抽滤,干燥,得到疏水基改性聚丙烯酰胺产物)))水解型聚丙烯酰胺接枝十六醇(HPAM-g-HDO)。

将制得的产物HPAM-g-HDO 试样用热的二甲苯反复洗涤,真空抽滤,干燥,待测。

1.2 分析仪器和分析方法
室温下分别将不同试样在蒸馏水中溶解完全,涂膜于KBr 片上,干燥,用Nicolet Impact 420
型FT-I R 红外光谱仪测试。

用NDJ-79型旋转粘度计测定试样的流变性能。

2 结果与讨论
2.1 产物HPAM-g-HDO 的FT-IR 表征
图1、图2分别是原料HPAM 和产物HP AM-g-HDO 的红外光谱图。

比较图1与图2可以发现,HPAM-g -HDO 的谱图中,在约1500cm -1处出现芳香环吸收峰,这被认为是偶联剂引起,说明在聚丙烯酰胺主链上引入了十六烷基的疏水基团。

图1 原料HPA M 的红外光谱图
图2 产物HPAM-g-HDO 的红外光谱图
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精 细 石 油 化 工 进 展
ADVANCES IN FINE PE TROC HE MICALS 第4卷第12期
2.2 流变性能的研究2.2.1 抗盐性能的测定
用不同浓度的盐水(NaCl 质量分数分别为0,3%,6%,9%,12%),将疏水基改性聚丙烯酰胺(HPAM-g-HDO)和未改性的水解型聚丙烯酰胺(HPAM)分别配制成水溶液,HPAM -g -HDO 和HPAM 的质量分数均为011%。

溶解2天后,在温度20e 、剪切速率1850s -1下测定其表观粘度,结果见图3。

图3 盐水浓度对产物表观粘度的影响从实验结果可知,随着盐水浓度的增加,未改性HPAM 的表观粘度呈下降趋势,特别是当NaCl 含量在6%~9%之间,表观粘度下降很快,约为原表观粘度的1/4(2~3mPa #s);随着盐水浓度的增加,HPAM-g -HDO 的表观粘度开始下降,之后又有所上升,维持在4~8mPa #s 之间。

在较高的盐水浓度(NaCl 含量大于6%)下,HPAM -g-HDO 能保持较高的表观粘度且不下降,同时大于未改性体系的表观粘度,说明HPAM-g-HDO 的抗盐性能较HPAM 好。

这是因为改性体系中存在一种作用力,即烷基长链的疏水缔合力,使其抗盐性能明显提高。

2.2.2 抗剪切性能的测定
分别用纯水和NaCl 质量分数为3%的盐水将HPAM-g-HDO 和HP AM 配制成水溶液,HPAM-g-HDO 和HPAM 的质量分数均为011%。

溶解2天后,在温度20e 、剪切速率1850s -1下测定其表观粘度随时间的变化,结果见图4、图5。

由图4和图5可以看出,在纯水和3%的Na -Cl 溶液中,未改性和改性的聚丙烯酰胺体系的表观粘度均随着剪切时间的延长而下降,在剪切约1h 后表观粘度趋于平稳,即达到平衡粘度。

在高
剪切速率(1850s
-1
)下,纯水配制的未改性
HPAM 溶液的表观粘度持续下降,而HP AM-g-HDO 溶液的表观粘度直到约30min 后下降趋势才变得明显。

图4 水溶液中剪切时间对产物
表观粘度的影响
图5 3%盐水溶液中剪切时间对产物
表观粘度的影响可以用平衡粘度与起始粘度之比,即粘度保持率来表示抗剪切性能。

HPAM-g -HDO 在纯水中的粘度保持率为8018%,而HPAM 的粘度保持率为5818%。

在3%盐水中,未改性和改性体系的表观粘度在开始10min 时下降均十分迅速,之后变化趋缓。

HPAM -g -HDO 的粘度保持率为5017%,而HPAM 的粘度保持率为3814%。

由此可知,HPAM-g -HDO 的抗剪切性能较HPAM 得到了提高。

同时也可看出,在相同的条件下,与HPAM 原料比较,HPAM-g-HDO 的表观粘度提高了60%~80%。

2.2.3 贮存时间对HPAM-g-HDO 表观粘度的影响
HPAM 溶液在贮存时易发生水解,造成粘度下降。

在温度20e 、剪切速率1850s -1下,间隔两天先后测定了质量分数为011%的HPAM-g-HDO 溶液(用纯水和不同浓度的盐水配制)的表观粘度,结果见图6。

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2003年12月 童身毅等.疏水基改性聚丙烯酰胺的研究
图6 贮存时间对产物表观粘度的影响结果发现,在放置过程中,纯水配制的HPAM-g-HDO 溶液的表观粘度几乎没有变化,但在盐水中的表观粘度下降;且都几乎不随盐水浓度的增加而变化。

这一现象可理解为在实验的时间内,HP AM-g -HDO 在纯水中的水解不明显,表观粘度变化不大;而在盐水中,一是NaCl 的存在使水解加快,二是由于经第一次高速剪切后,
缔合的结构被破坏,NaCl 的存在又使缔合结构的恢复受阻,从而使表观粘度下降。

由于NaCl 的含量对粘度影响不大,也说明了HPAM-g-HDO 有
良好的抗盐性。

3 结论
利用化学接枝的方法,在水解型聚丙烯酰胺(HPAM)主链上接枝疏水基团,得到疏水基改性聚
丙烯酰胺(HPAM -g -HDO)。

与HPAM 相比较,HPAM-g-HDO 的抗剪切性能和抗盐性能提高。

在纯水和3%NaCl 溶液中HPAM-g-HDO 粘度保持率分别为8813%和5017%,而相同条件下的HPAM 的粘度保持率为5818%和3814%。

参考文献
1 陈立滇.驱油用聚丙烯酰胺.油田化学,1993,10(3):283~290
2 黄雪红,许国强.疏水缔合型聚合物溶液性质的研究.精细化
工,2000,17(3):152~154
Study of Polyacrylamide Modified by Grafting Hydrophobic Groups
Tong Shenyi Jin Xiaolan C heng Lin
(Department o f Chemical Engineering,Wuhan Institute o f Chemical Technology ,Wuhan 430073)Abstract A ne w graft copolymer,hydrolyzed polyacrylamide graft hexadecanol(HPAM-g-HDO),was synthe -sized by chemical grafting reaction,which introduced hexadecyl side chain onto the main chain of hydrolyzed po-l yarcylamide(HPAM).Rheological behavior of HPAM-g-HDO was determined by rotational viscometers.The re -sults showed that the properties of salt resistance and shearing resistance of HPAM-g-HDO were improved obv-i ously compared with HPAM.It could be used as a thickener for oil-displacing.
Key Words polyacryla mide,thickener,oil-displacing,hydrophobic modification,graft copolymerization
(上接第3页)
aldehyde,and additives.The polymer was partially hydrolyzed polyacryla mide (HPAM).The oil-displacing sys -tem could produce good fluid gel while the concentrations of both HPAM and the crosslinker were 500~1500m g/L.The gelation time and the strength of gel could be controlled by adjusting the additives and the con -centra tions of HP AM and the crosslinker.The gelation time could be 10h~8d.The formula of the oil-displacing system could be adjusted according to the different parts of stratum to act as plugging and displacing.The minimum gelation concentrations were the polymer 300mg/L and the crosslinker 300mg/L.The gelation time shortened and the strength of the gel strengthened as the concentration increased.
Key W ords orgnic crosslinker,oil-displacing system,fluid gel,gelation time,combination of plugging and dis -placing
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