疏水缔合型聚丙烯酰胺与Gemini表面活性剂的合成及复配研究

【摘要】部分水解的聚丙烯酰胺（HPAM）具有良好的增粘、耐温、抗盐及抗剪切等性能，应用于许多方面，但是在三次采油方面，由于处在高温和高矿化度的环境下，易导致HPAM的水解，粘度稳定性差，且HPAM分子量越高，剪切降解越严重，粘弹效应越大，注入性越差。为防止HPAM在三次采油中易水解，可采用的方法有：（1）在HPAM主链中引入少量疏水结构单元，形成疏水缔合型聚丙烯酰胺。（2）双子表面活性剂。目前，有关这些方面的研究引起了研究者的广泛关注。本文首先以环氧氯丙烷、三正丙胺、丙烯酰胺等为原料，合成一种带有支链结构的季铵盐单体，该单体再与苯乙烯、丙烯酰胺聚合成一系列聚合物。对单体和聚合物进行了结构表征。通过优化聚合物的单体配比，得到在水中和盐水中的最佳粘度值。其次，以4,4-二苯醚二甲酸、十二胺和丙烯酸甲酯等为原料，合成一种羧酸型双子表面活性剂。以十二胺、2-氯乙基磺酸钠和环氧氯丙烷等为原料，合成一种磺酸型双子表面活性剂。纯化产物用红外、核磁对其结构进行了表征。再次，对合成的两种双子表面活性剂与三次采油相关的性质进行了研究，包括表面张力、乳化力、接触角等，并与普通的表面活性剂进行了对比研究。结果表明：（1）两种双子表面活性剂与普通的表面活性剂的张力测试结果对比可以看出，它们在临界胶束浓度（CMC）时的表面张力（γc）相差不大，而两者的CMC值却相差较大，羧酸型双子表面活性剂的临界胶束浓度是十二烷基羧酸钠的13.33倍；而磺酸型双子表面活性剂是十二烷基磺酸钠的12.50倍。（2）磺酸型双子表面活性剂乳化力是十二烷基磺酸钠的2.00倍，羧酸型双子表面活性剂是十二烷基羧酸钠的2.43倍。（3）接触角测试表明：随着表面活性剂浓度的增加，表面活性剂在基体上的接触角先下降后保持不变的趋势。最后，将HPAM、疏水缔合型聚丙烯酰胺（HPPAM）分别与两种双子表面活性剂、普通表面活性剂进行了复配研究。研究表明，随着表面活性剂浓度的增加，疏水缔合型聚丙烯酰胺的粘度都呈现先增加，再减少，最后保持不变的趋势，其中采用双子表面活性剂能使疏水缔合型聚丙烯酰胺达到的最大粘度值比对应的使用普通表面活性剂能达到的最大粘度值大，且达到粘度最大值对应的双子表面活性剂浓度明显比普通表面活性剂小。随表面活性剂浓度的增加，HPAM的粘度呈现先增加后保持不变的趋势。由此可见，采用HPPAM与双子表面活性剂的复配，不仅能达到超过HPAM所能达到的最佳粘度值，同时还能在水或盐水中保持粘度不降低，能较好的解决HPAM在三应采用中易降解等方面的问题。
【作者】黄光稳；
【导师】徐伟箭；刘耀驰；
【作者基本信息】湖南大学，化学工程，2013，硕士
【关键词】双子表面活性剂；疏水缔合；表面张力；乳化力；粘度；复配；

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