丙烯酰胺類均聚物的制備及其在采油中的應(yīng)用

王林

摘 要：本文主要通過單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合法來對(duì)新型丙烯酰胺類均聚物進(jìn)行制備，在此過程中進(jìn)一步優(yōu)化了聚合條件，并且研究均聚物的乳化作用，并且獲得最優(yōu)聚合條件。

關(guān)鍵詞：丙烯酰胺類聚合物;水溶性聚合物;乳化性能;制備

1 丙烯酰胺類均聚物在石油工程當(dāng)中的意義和實(shí)驗(yàn)方法

伴隨當(dāng)前各國石油資源的需求量進(jìn)一步增加，當(dāng)前我國石油開采已經(jīng)逐步進(jìn)入了高含水期，這會(huì)造成油田在開采的過程中產(chǎn)量進(jìn)一步減少，而且開采難度會(huì)加大，在原油開采的時(shí)候通過使用聚丙烯酰胺類均聚物，能夠讓油水流速比和表面活性劑的熱穩(wěn)定性提高，讓原油開采率提高。當(dāng)前在進(jìn)行聚合工業(yè)生產(chǎn)的過程中，主要通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法。這種方法在使用的過程中會(huì)出現(xiàn)一定的缺陷，需要一種簡單易行的合成方式進(jìn)行聚丙烯酰胺聚合物的生產(chǎn)。在此過程中單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合的方法應(yīng)運(yùn)而生，具有較多的優(yōu)勢(shì)。本文主要通過單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合法對(duì)丙烯酰胺聚合物進(jìn)行合成，首先通過甲酸二乙三胺以及甲醛進(jìn)行N，N，N′，N″，N″-五甲基二亞乙基三胺配體（化合物1）的制備。接著根據(jù)相應(yīng)的比例進(jìn)行丙烯酰胺聚合單體的配置，通過溴化β-環(huán)糊精為引發(fā)劑，N，N，N′，N″，N″-五甲基二亞乙基三胺配體（化合物1）混合進(jìn)行丙烯酰胺類均聚物（化合物2）的配置。其結(jié)構(gòu)通過HNMR和FT-IR進(jìn)行表征。PDI值以及分子量通過凝膠滲透色譜來進(jìn)行確認(rèn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

在實(shí)驗(yàn)的過程中使用的主要儀器為紅外分光光度計(jì)、核磁共振儀以及凝膠滲透色譜儀等。使用的主要試劑是實(shí)驗(yàn)室自制三蒸水、蒸餾水和其他相關(guān)分析純級(jí)試劑。

2.2 制備

2.2.1 化合物1的合成

在制備的過程中首先將3.69克二乙三胺加入到反應(yīng)瓶當(dāng)中，接著進(jìn)行10毫升甲酸的滴加，完成滴加工作之后，將溫度上升至120攝氏度，緩慢的加入16.5毫升的甲醛，完成滴加工作之后進(jìn)行8小時(shí)的反應(yīng)，接著將其進(jìn)行冷卻，使其溫度達(dá)到75攝氏度，接著將氫氧化鈉溶液加入其中，快速進(jìn)行攪拌，讓反應(yīng)瓶當(dāng)中出現(xiàn)一些白色固體，對(duì)上層溶液進(jìn)行收集，通過氫氧化鉀進(jìn)行干燥而獲得淡黃色液體。最后將其蒸干，而獲得化合物1。

2.2.2 化合物2的合成

在反應(yīng)瓶當(dāng)中依次將催化劑、丙烯酰胺聚合單體以及N，N，N′，N″，N″-五甲基二亞乙基三胺配體（化合物1）加入其中。進(jìn)行均勻的攪拌，并且將氮?dú)馔ㄈ搿Ｔ?0分鐘之后將引發(fā)劑溴化β-環(huán)糊精加入其中。進(jìn)行單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合反應(yīng)，并且進(jìn)行相關(guān)的取樣分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，化合物2的數(shù)均分子量（Mn）達(dá)到了128065。

3 結(jié)果與討論

3.1 探究最佳制備條件

為了對(duì)化合物2獲取過程中最佳制備條件進(jìn)行分析，對(duì)催化劑用量和引發(fā)劑的用量進(jìn)行研究。

3.1.1 溫度的影響

分析研究聚合溫度對(duì)Mn的影響，可以發(fā)現(xiàn)在溫度升高的條件下，Mn的整體出現(xiàn)上升的狀態(tài)，在45攝氏度和25攝氏度的時(shí)候，Mn的差距不大，但是25攝氏度屬于室溫環(huán)境，在操作的過程中更容易實(shí)現(xiàn)，所以對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行確認(rèn)為25攝氏度。

3.1.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

確定反應(yīng)溫度為25攝氏度，其余條件不變的情況下，對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響均聚物Mn的條件情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)時(shí)間延長的條件下，Mn的整體出現(xiàn)不斷增長的狀態(tài)，在進(jìn)行一小時(shí)的初始反應(yīng)之后，分子量進(jìn)一步增長。在聚合時(shí)間進(jìn)一步延長的條件下，聚合單體濃度進(jìn)一步下降，在進(jìn)行兩小時(shí)聚合后達(dá)到最大。

3.1.3 催化劑的影響

分析研究催化劑用量影響均聚物Mn的情況，可以發(fā)現(xiàn)讓催化劑用量增加，能夠縮短聚合反應(yīng)時(shí)間，曲線處于對(duì)數(shù)分布的狀態(tài)，催化劑的用量在3mg的狀態(tài)下效果最好。

3.1.4 溶劑的影響

對(duì)乙醇、水二甲亞砜、二甲基乙酰胺等溶劑在單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合反應(yīng)過程的影響情況進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑會(huì)直接影響聚合反應(yīng)的效果，在通過二甲亞砜和水作為溶劑的過程中，聚合反應(yīng)能夠有效的完成，而二甲基乙酰胺以及乙醇作為溶劑的過程中無法進(jìn)行聚合反應(yīng)，所以在實(shí)驗(yàn)的過程中使用的溶劑最為合適的為二甲亞砜和水，主要是因?yàn)樗投讈嗧烤哂休^大的極性，可以較好的保證聚合原料的溶解度，對(duì)后處理和生產(chǎn)成本進(jìn)行綜合分析可以發(fā)現(xiàn)水作為反應(yīng)溶劑更為合適。

3.2 探究丙烯酰氨類均聚物對(duì)石油的乳化性能

在丙烯酰氨類均聚物表面活性劑復(fù)合體系當(dāng)中，乳化性能是進(jìn)行三次采油過程中的重要參考指標(biāo)?；衔?表面活性劑復(fù)合體系在產(chǎn)生乳狀液態(tài)之后，可以讓界面接觸面積進(jìn)一步提高，因?yàn)槲⑷橐后w系能夠具有一定的增容能力，可以讓原油采收率大幅度提高。相比于單獨(dú)的新型化表面活性劑均添加均聚物后，體系當(dāng)中的t值更小，在增加均聚物分子量的條件下，體系乳化性能進(jìn)一步變差，t值逐步變小，主要是由于丙烯酰氨均聚物讓體系的粘度增加，從而讓表面活性劑從水?dāng)U散到油當(dāng)中的速率變慢，增加了超低界面張力的時(shí)間。

4 結(jié)束語

通過單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合的方式進(jìn)行新型丙烯酰胺類聚合物制備的過程中可以發(fā)現(xiàn)，在溶劑方面選水為溶劑，適當(dāng)讓反應(yīng)溫度增加，讓反應(yīng)時(shí)間延長，合理的使用催化劑的用量可以讓聚合反應(yīng)加快。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁偉.丙烯酰胺類聚合物合成及性能研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2006.