表面活性單體DAHAAC/丙烯酰胺共聚物的制備及水溶液性質(zhì)研究

衛(wèi)　兵

表面活性單體DAHAAC/丙烯酰胺共聚物的制備及水溶液性質(zhì)研究

衛(wèi)兵

（大慶師范學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江大慶 163712）

以十六叔銨、氯丙烯（摩爾比1∶3）在THF溶劑中合成一種具有表面活性的可聚合單體二甲基十六烷基烯丙基氯化銨（DAHAAC），利用紅外光譜表征了合成單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)；以DAHAAC作為丙烯酰胺聚合的改性單體，用量為0.5%，控制聚合物固含量為25%，氧化還原體系低溫引發(fā)，水解度為25%，制備部分水解的疏水締合型二元共聚物，并對其黏度與市面上的聚表劑進行了對比測試。結(jié)果表明，P-（AM-DAHAAC）聚合物在低濃度、高礦化度、較快剪切速率及高溫下均保持較高的黏度。

二甲基十六烷基烯丙基氯化銨；丙烯酰胺；疏水締合；溶液共聚；黏度測試

聚丙烯酰胺作為水溶性效果最好的驅(qū)油劑而廣泛應(yīng)用于三次采油中，幾乎所有的新型聚合物都是以丙烯酰胺單體（AM）為主體的共聚物，稱之為聚丙烯酰胺類共聚物（PAM）［1］。使用不同的表面活性劑對丙烯酰胺進行改性也是現(xiàn)階段學(xué)者們熱衷的問題，在聚丙烯酰胺的改性研究過程中，疏水締合丙烯酰胺類聚合物是高分子材料科學(xué)研究的熱點之一［2］。近年來隨著聚丙烯酰胺及其衍生物應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，新的合成技術(shù)不斷出現(xiàn)，使聚丙烯酰胺工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大［4-8］。本文介紹了二甲基十六烷基烯丙基氯化銨的合成，并對其與丙烯酰胺共聚制備的聚合物的水溶液性能進行了表征。

1　實驗部分

1.1實驗試劑及儀器

1.1.1實驗試劑

丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉鈉、十六叔銨、氯丙烯、乙酸乙酯、丙酮、四氫呋喃均為分析純（阿拉丁試劑），高純N2（雪龍氣體公司），BIII型聚表劑（海博公司），華鼎聚表劑（華鼎公司）。

1.1.2實驗儀器

DF-1型恒溫油浴鍋（常州華冠儀器制造有限公司）；DZF-6020型真空干燥箱（北京永光明醫(yī)療儀器公司）；DF-101S型多頭磁力攪拌器（鞏義市英峪予華儀器廠）；Spectrum400型傅立葉變換紅外光譜儀（美國PE公司）；布氏粘度計（博克菲公司）。

1.2二甲基十六烷基烯丙基氯化銨合成

在三口燒瓶中，加入十六叔銨和氯丙烯，摩爾比為0.1：0.3，在THF為溶劑條件下，恒溫油浴反應(yīng)20h，反應(yīng)開始至反應(yīng)結(jié)束中間，用高純氮保護數(shù)次，以保證反應(yīng)在無氧條件下進行，以達到最高轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)后溶液呈淡黃色，旋蒸除掉THF，之后用乙醇：乙酸乙酯=3∶10的混合溶液進行多次重結(jié)晶，得到目的產(chǎn)物二甲基十六烷基烯丙基氯化銨，簡稱為DAHAAC。

1.3DAHAAC與丙烯酰胺共聚物的制備

取適量蒸餾水，加入一定量丙烯酰胺固體，待丙烯酰胺完全溶解后，加入一定量的DAHAAC，等待時間使其完全溶解。此時燒杯中固含量為25%。將整個燒杯放入冰水浴中，控溫5℃，并通入氮氣進行除氧，除氧30min后，加入引發(fā)劑KPS/SB，之后繼續(xù)通入氮氣，直至溶液稍變粘稠，停止通氮氣，封好燒杯口，并立即將封好的燒杯放入保溫容器中利用體系的聚合熱進行聚合反應(yīng)，聚合時間6h。

2　表征與討論

2.1二甲基十六烷基烯丙基氯化銨紅外光譜表征

對所得樣品進行傅里葉變換紅外光譜表征，得以下數(shù)據(jù)。

如圖1所示，經(jīng)分析，吸收峰在1 047cm-1為C—伸縮振動峰，吸收峰在2 850cm-1及2 919cm-1處為甲基、亞甲基振動峰，按照其面積顯示，亞甲基數(shù)量比甲基多很多，為十六烷基結(jié)構(gòu)；1 399cm-1為二甲基伸縮振動峰，代表此物質(zhì)中含有二甲基結(jié)構(gòu)；1 668cm-1為雙鍵的伸縮振動峰，斷定此為烯丙基結(jié)構(gòu)；綜上所述，此產(chǎn)物為目標產(chǎn)物二甲基十六烷基烯丙基氯化銨。

圖1　DAHAAC 紅外光譜

2.2共聚物斜體-（AM-DAHAAC）水溶液性能表征對比

性能表征是判斷聚合物性能的重要方法，通過性能表征，我們可以得到聚合物的溶解性，表觀黏度，抗鹽性，抗剪切性以及其他性能。本文通過與國內(nèi)較常用的聚合物表面活性劑BIII和華鼎進行對比，分別從溶解性、分子量、黏度、抗鹽性、抗剪切性進行對比。

2.2.1濃度對表觀黏度的影響及對比

利用黏度計測得3種聚合物的黏濃曲線，見圖2。

圖2　聚合物表觀黏度隨濃度變化曲線

由圖2可知，隨著共聚物質(zhì)量濃度的增加，其水溶液的表觀黏度在逐漸增大，在1 700mg/L之前，P-（AM-DAHAAC）聚合物黏度一直大于華鼎和BIII兩種聚合物，當(dāng)聚合物濃度大于1 700mg/L時，華鼎的數(shù)據(jù)超過P-（AM-DAHAAC）聚合物。在大慶地區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗和驅(qū)塊特性，一般采用1 000～1 500mg/L聚合物進行油田開采，故在現(xiàn)場使用范圍內(nèi)，P-（AM-DAHAAC）聚合物的黏度更高。

2.2.2溫度對表觀黏度的影響及對比

隨著共聚物溶液所處溫度的升高，溶液黏度逐漸降低，在溫度升高的過程中，共聚物分子的疏水作用逐漸增強，但同時共聚物的分子鏈也由于溫度的升高其舒展程度有所下降，綜合兩個方面分析我們得知分子鏈的卷曲程度對共聚物溶液黏度影響較大，所以，隨著溫度的升高，共聚物溶液的黏度在降低，但是在80℃時仍保持著黏度為700.9mPa·s，說明聚合物有著良好的耐溫性能。

同時可見，3種聚合物的黏度均隨著溫度的升高而下降，但P-（AM-DAHAAC）聚合物的黏度始終在其他兩種聚合物之上。在大慶驅(qū)塊現(xiàn)場底層溫度為45℃，可見P-（AM-DAHAAC）聚合物的耐溫性最好。

2.2.3剪切速率對表觀黏度的影響

隨著剪切速率的增加，共聚物溶液的黏度呈下降趨勢，在6RPM是一個明顯的分界點，在剪切速率小于6RPM時，溶液黏度急劇下降，這是由于隨著剪切速率的增大，分子內(nèi)的疏水締合作用逐漸被破壞；當(dāng)剪切速率大于6RPM后，分子內(nèi)的疏水締合作用逐漸被分子間的疏水締合作用所取代，這是因為隨著剪切速率的增加，共聚物的分子鏈的舒展程度逐漸增加，在溶液中形成了比較完全的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使得共聚物溶液有了更好的抗剪切速率的性能。

在3種聚合物對比過程中可發(fā)現(xiàn)，華鼎、BIII兩種聚合物的濃度隨剪切力的變化幅度略大于P-（AM-DAHAAC）聚合物的數(shù)據(jù)，表明另外兩種聚合物的疏水締合作用不及P-（AMDAHAAC）聚合物。

3　結(jié)論

利用有機合成方法制備得到陽離子型表面活性劑二甲基十六烷基烯丙基氯化銨，經(jīng)紅外表征證明，吸收峰1 047cm-1為C—N伸縮振動峰，吸收峰在2 850cm-1及2 919cm-1處為甲基、亞甲基振動峰，1 668cm-1為雙鍵的伸縮振動峰，證明是目標產(chǎn)物。

通過對共聚物P-（AM-DAHAAC）水溶液性能進行對比表征，可知1 000mg/L時可以達到798.1mPa·s；4 500mg/L礦化度時，聚合物溶液的黏度為21mPa·s，20 000mg/L時黏度為8.9mPa·s；80℃的高溫時共聚物溶液黏度分別保持在700.9mPa·s，制備的二元共聚物基本達到了油田助劑的使用標準。

［1］ 于濤，丁偉，曲廣淼.油田化學(xué)劑［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［2］ 丁偉.丙烯酰胺類聚合物的合成及性能研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2016.

Preparation of Surface Active Monomer DAHAAC/Acrylamide Copolymer and its Aqueous Solution Properties

Wei Bing

Sixteen tertiary ammonium chloride，propylene（molar ratio 1∶3）synthesis of a surface active polymerizable monomer two methyl sixteen alkyl allyl ammonium chloride in the solvent of THF（DAHAAC），the chemical structure of the synthesized monomers were characterized by infrared spectroscopy；using DAHAAC as modified polymerization of acrylamide monomer，dosage 0.5%，control of polymer solid content is 25%，the redox system caused low temperature，the degree of hydrolysis was 25%，hydrophobic preparation of partially hydrolyzed two copolymer，and the viscosity and the market's polymersurfactant compared test.The results show that the P-（AM-DAHAAC）polymer has good viscosity at low concentration，high salinity，high shear rate and high temperature.

two methyl sixteen alkyl ammonium chloride；acrylamide；hydrophobic association；solution polymerization；viscosity test

TQ212

A

1003-6490（2016）06-0101-02