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含氟疏水缔合聚丙烯酰胺的制备及溶液性质研究

龚雪梅  
【摘要】:疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)是指聚丙烯酰胺亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性高分子聚合物,因其克服了普通聚丙烯酰胺在耐温、耐盐及抗剪切性能上的不足而作为新一代水溶性聚合物材料广泛应用于石油工业,特别是三次采油领域中。 本文以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、十二氟庚醇(FOH)和烯丙基聚乙二醇(APEG)为原料合成了含氟表面活性单体(FSM),并确定了其最佳反应条件,利用红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)对FSM进行了结构表征,并测定了FSM的表面张力。然后以FSM为疏水单体,使其与丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行水溶液共聚合,制备出含氟疏水缔合聚丙烯酰胺(FAPAM)。采用红外光谱对共聚物结构进行表征;利用流变仪、荧光光谱、动态激光光散射技术(DLS)和原子力显微镜(AFM)研究了FAPAM溶液疏水缔合性能,同时考察了剪切速率、温度、盐和表面活性剂对FAPAM溶液性能的影响。 研究结果表明,25℃下,FSM的临界胶束浓度(CMC)值仅为1.07g·L-1,γ1CMC为26.40mN·m-,表现出良好的表面活性。当共聚物浓度大于临界缔合浓度(CAC)后,FAPAM溶液的表观粘度随共聚物浓度增大急剧上升。疏水单体FSM和离子性单体AMPS用量对FAPAM疏水缔合性的影响存在一个最佳值,过高的FSM及AMPS含量不利于共聚物的分子间缔合作用。收敛流动中FAPAM有别于PAM的拉伸特性表明疏水缔合作用是一种近程相互作用。DLS及AFM的研究结果显示,FAPAM水溶液在浓度低于临界缔合浓度时依然可以产生大量缔合结构,表明FAPAM具有很强的疏水缔合性。 FAPAM属于假塑性流体,随着剪切速率增大,溶液表观粘度先是急剧降低,随后变得平缓,并且浓度越大,假塑性行为越明显,而且这种切力变稀的行为具有明显的可逆性。FAPAM还具有较强的耐温和耐盐性。其水溶液在一定温度范围内表现出升温增稠的现象,表明在一定程度上升高温度有利于FAPAM的分子间缔合。不同温度下的粘弹性实验结果也表明,FAPAM水溶液在一定频率后表现为以弹性行为为主的流体,并且一定范围内温度越高,弹性特征越显著。随着无机盐的加入,FAPAM溶液的表观粘度先增大然后减小,出现一个最大值。 表面活性剂对FAPAM溶液缔合性能的影响与共聚物及表面活性剂的浓度有关。当阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的浓度小于其CMC且共聚物浓度小于CAC时,SDBS的加入有助于形成分子间缔合从而使溶液粘度升高,而当聚合物浓度大于CAC时,SDBS又会破坏分子间疏水缔合而使溶液表观粘度下降。当表面活性剂的浓度大于其CMC后,SDBS的引入造成FAPAM中的疏水基团无法有效缔合而使得聚合物未能表现出疏水缔合性。


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