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水溶性两亲聚丙烯酰胺是指聚丙烯酰胺分子结构中,同时含有亲水亲油基团的一类聚合物。它是通过在聚丙烯酰胺分子中引入一些疏水基团(或者是具有表面活性剂结构的基团)而得到的。疏水基团的引入可以是对聚丙烯酰胺大分子进行化学改性,也可以通过与丙烯酰胺的共聚合。本论文采用可聚表面活性单体(壬基酚聚氧乙烯醚马来酸单酯、壬基酚聚氧乙烯醚衣康酸单酯)与丙烯酰胺共聚的方法对聚丙烯酰胺进行改性,制备了两类水溶性两亲聚丙烯酰胺。研究内容主要包括以下三个方面:
1.表面活性单体的制备。壬基酚聚氧乙烯醚NPn(其中n=3、6、10;n代表聚氧乙烯数)分别和马来酸酐MA、衣康酸IA酯化反应制备了壬基酚聚氧乙烯醚马来酸单酯NPnMA、壬基酚聚氧乙烯醚衣康酸单酯NPnIA。通过考察催化剂类型、反应温度、酸醇摩尔比等反应条件对酯化率的影响,确定了酯化反应条件;并在该条件下合成了六种单酯,用红外对其结构进行了表征。测定了合成单酯的表面张力随浓度的变化曲线,确定了临界胶束浓度和该浓度下的表面张力。
2.水溶性两亲聚丙烯酰胺的制备及表征。制备的单酯同丙烯酰胺在水溶液中通过自由基引发共聚,合成了阴离子型水溶性两亲聚丙烯酰胺。采用红外光谱对聚合物分子进行结构表征,用粘度法测定了聚合物的分子量。探讨了合成条件对共聚物分子量的影响,确定了聚合反应条件,合成了两类不同单酯摩尔加量的改性共聚物。由于NP3型单酯在水中溶解性差,采用改变溶剂极性法制备的共聚物分子量很小,且不具备很好的表面活性故放弃与丙烯酰胺的聚合。因为NPnMA、NPnMA的可聚合双键均靠近离子基团(羧基),合成的共聚物理论上为无规共聚物(共聚物合成过程中,单酯在溶液中的浓度均高于其临界胶束浓度)。
3.水溶性两亲聚丙烯酰胺溶液性能评价。初步探讨了单酯的类型及其亲水链的长短对共聚物溶液性质的影响。结果表明,四类共聚物溶液均具有很好的表面活性。共聚物溶液的表面活性随着共聚物中单酯摩尔加量的增多而增大。衣康酸单酯改性共聚物溶液的表面张力随浓度变化幅度较马来酸单酯改性共聚物小。在同样条件下,NP10MA、NP10IA改性共聚物溶液表面活性不如NP6MA、NP6IA改性共聚物高。盐对两类改性共聚物溶液表面张力值的影响很小。两类改性共聚物溶液的界面活性较低,NP10MA、NP10IA改性共聚物溶液同原油的界面张力均为6.0mN/m左右;NP6MA、NP6IA单体改性共聚物溶液同原油的界面张力均为10.0mN/m左右。
对共聚物溶液表观粘度性质的测定发现:马来酸单酯改性共聚物溶液的表观粘度和同条件下合成的PAM粘度差别不大,不具有很好的增粘性。衣康酸单酯改性共聚物溶液的表观粘度较同条件下合成的PAM有明显提高;同时共聚物溶液具有较好的耐温、耐盐、抗剪切性。共聚物中衣康酸单酯摩尔加量越多,溶液的表观粘度值越小,但溶液的耐温、耐盐、抗剪切性也越好。衣康酸单酯改性共聚物溶液表现出较好的盐增稠,剪切稀释性及触变性。