耐溫耐鹽疏水締合聚丙烯酰胺合成方法及其展望

王勤

摘 要：如今合成疏水締合型聚丙烯酰胺（HAPAM）的方法主要有兩種，即聚丙烯酰胺（PAM）的化學(xué)改性和PAM與其他疏水單體的共聚，而如何保證這一聚合物在油藏的條件下仍然保持著良好的穩(wěn)定性已經(jīng)成為當前研究的熱點之一。耐溫耐鹽HAPAM具有非常好的性能，并且應(yīng)用非常廣泛，因而本文對耐溫耐鹽疏水締合聚丙烯酰胺合成方法進行了深入的研究，并且對HAPAM未來的發(fā)展方向進行展望，希望能夠讓HAPAM獲得更長遠的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：耐溫耐鹽HAPAM;合成方法;未來展望

0 引言

1980年前后，疏水締合聚合物開始被發(fā)現(xiàn)并進行研究，最初是由Evani等人首先將其應(yīng)用在石油工業(yè)中，自此之后各個國家的科學(xué)家就開始了對新型疏水締合聚合物的探究。在亞洲地區(qū)，我國的科學(xué)家率先對這一領(lǐng)域開展了研究，羅亞平院士在多年的努力下，終于研制出了耐溫耐鹽疏水締合聚丙烯酰胺，并且在中原油田的應(yīng)用中取得了顯著的效果，這一研究成果使得疏水改性聚丙烯酰胺領(lǐng)域的研究逐漸走向了一個新階段，將其應(yīng)用在更多的領(lǐng)域當中，從而促進社會的發(fā)展。本文主要以耐溫耐鹽HAPAM為研究對象，研究了其合成方法，并對未來的研究和發(fā)展方向進行了探討。

1 HAPAM的合成方法

對于HAPAM聚合工藝來說，整個過程都非常復(fù)雜和繁瑣，這主要是由于疏水單體和水溶性單體AM自身的特性所決定的?，F(xiàn)階段，HAPAM的合成方法主要可以分成兩個大類：

1.1 共聚合法

所謂的“共聚合法”，需要在相應(yīng)的反應(yīng)環(huán)境之下，讓水溶性單體AM和某種疏水單體發(fā)生反應(yīng)，從而生成分子鏈上同時具有疏水基團和親水基團共聚物的一種聚合方法。但是，由于疏水單體本身具有一定的憎水性，若要實現(xiàn)水溶性單體AM和疏水單體的聚合，就必須要通過一定的方法使這兩種單體進行混合，因而從不同的混合方法來看，又可以將共聚合法分為以下幾種類型：

1.1.1 非均相共聚

非均相共聚法就是利用機械攪拌，從而讓疏水單體能夠以微小顆粒的狀態(tài)直接分散在水中，然后與AM發(fā)生共聚反應(yīng)。對于這一方法來說，是最初用來制備HAPAM的方法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，由于這種方法很難控制聚合物的組成以及共聚的效果，并且實驗的重復(fù)性也比較差，因而這種方法已經(jīng)很少使用。

1.1.2 均相共聚

均相共聚法就是溶劑法，這種方法是使用某種單一的溶劑或者混合溶劑，同時溶解于親水單體和疏水單體，最終實現(xiàn)共聚合的方法，這種方法選用單一溶劑或者混合溶劑來替代水溶劑，能夠有效的減少疏水單體不溶于的水現(xiàn)象，一般情況下多使用醇類或者醚類作為溶劑。在使用這種方法時，所產(chǎn)生的聚合物通常會在沒有達到預(yù)期目標時就會沉淀出來，使得合成的HAPAM分子量較低。

1.1.3 反相（微）乳液聚合

在均相共聚法的基礎(chǔ)之上，科學(xué)家對其進行了改善，從而提出了反相（微）乳液聚合方法，這種方法能夠?qū)⑺苄詥误w或者油溶性單體在乳化劑的作用下，連續(xù)形成W/O微乳液，然后在與引發(fā)劑發(fā)生聚合反應(yīng)。在使用這種方法時，需要使用油溶性引發(fā)劑能夠引入更多的疏水基團，從而形成一個較長的疏水微嵌段。就反相（微）乳液聚合來說，反應(yīng)速度非?？欤⑶业玫降木酆衔锲骄鄬Ψ肿淤|(zhì)量也比較高，所產(chǎn)生的聚合物能夠表現(xiàn)出明顯的增粘性能，但是也具有明顯的缺點，就是乳化劑的成本比較高，同時也會殘留在聚合物之中，這就給聚合物的性能帶來一定影響。

1.1.4 膠束共聚合

現(xiàn)階段，膠束共聚合法是一種比較常見的方法，這種方法是在乳液聚合的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，然后再與親水單體發(fā)生共聚反應(yīng)。

1.1.5 模板共聚合

這種方法是在聚合反應(yīng)體系中加入一種大分子，然后讓單體能夠在大分子的相互反應(yīng)中發(fā)生共聚合反應(yīng)，并且疏水單體是以大嵌段的形式存在于聚合物鏈上，這種方法所生成的聚合物具有非常良好的疏水締合效果。

1.1.6 超臨界CO2介質(zhì)法

超臨界CO2介質(zhì)法主要是將超臨界的CO2作為分散介質(zhì)，然后再利用共溶劑使親水單體AM實現(xiàn)共聚合，這種方法能夠很容易的控制反應(yīng)過程，并且聚合的效率非常高，所產(chǎn)生的聚合物疏水性能也非常好，但是這一方法所需要的設(shè)備相對復(fù)雜，并且聚合物的分子量可能也會較低。

1.2化學(xué)改性法

對于疏水締合聚丙烯酰胺來說，除了上述的幾種制備方法之外，還有化學(xué)改性法，這種方法就是通過讓多種聚合物發(fā)生反應(yīng)，然后在親水聚合物的鏈上引入疏水基團，或者是引入大量的親水基團來制備疏水締合聚丙烯酰胺的方法，這種方法能夠?qū)F(xiàn)有的聚合物作為原料，通過一系列的反應(yīng)得到高相對分子質(zhì)量的產(chǎn)物，但是這種反應(yīng)需要在較高粘度的聚合物溶液中進行，在反應(yīng)的過程中非常容易出現(xiàn)反應(yīng)物的混合不均現(xiàn)象，從而影響了產(chǎn)品的性能，因此，這種方法也已經(jīng)很少應(yīng)用。

2 新型疏水締合聚丙烯酰胺發(fā)展方向

一直以來，HAPAM由于其自身具有比較獨特的流變性能、耐鹽和抗剪性能逐漸受到了更多科學(xué)家的重視，科學(xué)家不僅深入的研究了疏水締合聚丙烯酰胺的合成方法，還對其性能的更好發(fā)展進行了探究?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點主要在孿尾型單體、氟碳型單體以及超支化聚合物這三個方向，下面對這幾點進行了簡單的闡述：

2.1 孿尾型單體

孿尾型單體在不增長碳鏈的基礎(chǔ)之上，提高疏水鏈的輸水性能，同時雙尾結(jié)構(gòu)還能夠比較明顯的提升單體的穩(wěn)定性能。蒲萬芬使用膠束共聚法進行了研究，以PEDMAM為孿尾疏水單體，然后將其與AM和AA進行共聚，最終形成了孿尾型單體疏水締合聚丙烯酰胺，這種聚合物表現(xiàn)出了更好的耐溫性能。雖然，經(jīng)過多次的實驗證明孿尾型單體疏水締合聚丙烯酰胺具有非常好的耐溫和耐鹽性能，但是由于其受到空間位阻效應(yīng)的影響，在進行共聚時，需要的環(huán)境和條件比傳統(tǒng)的聚合方法更加嚴格，并且對于相關(guān)的反應(yīng)裝置要求也更高。