疏水缔合聚丙烯酰胺的合成及溶液性能研究

水溶性疏水缔合聚合物是在聚合物亲水主链上引入极少量疏水基团(一般小于2ｍｏｌ%)而形成的一种新型水溶性聚合物[1]。由于这类聚合物具有独特的流变性能,因而备受学术界和工业界关注。目前已作为涂料增稠剂[2]和流变改性剂[3]得到了应用,而通过在部分水解聚丙烯酰胺(ＨＰＡＭ)的亲水主链上引入少量疏水单体而形成的疏水缔合聚丙烯酰胺(ＨＡＰＡＭ)则可望克服ＨＰＡＭ耐温、耐盐性差的缺陷[4]而作为新一代水溶性聚合物材料用于油气开采作业[5,6]。由于亲水单体和疏水单体的不相容性,通常通过在反应溶液中加入表面活性剂使亲水单体和疏水单体…     

电荷密度和疏水性对疏水改性聚丙烯酰胺与牛血清蛋白相互作用的影响

对比研究了牛血清蛋白(BSA)与部分水解的未改性聚丙烯酰胺(PAM-AA)、疏水改性聚丙烯酰胺(PAM-C12)和含有丙烯酸基团的疏水改性聚丙烯酰胺(PAM-C12-AA)之间的相互作用.等温滴定量热实验结果表明,除PAM-C12外,其他聚合物与BSA的结合焓均为放热,随AA含量的增加,放热焓值增大.与PAM和PAM-C12相比,PAM-C12-AA能够诱导BSA二级结构和微环境的明显变化,表明疏水性和电荷密度均对聚合物与BSA相互作用有重要影响.另外,不同浓度的PAM-C12-AA与BSA的作用方式不同,当聚合物的浓度略高于临界胶束浓度(CMC)时,由于聚合物的量较少,BSA分子改变其构型从而最大程度地与聚合物结合;当聚合物的浓度远高于CMC时,更多的聚合物链结合到BSA分子的正电荷"patch"上,PAM-C12-AA与BSA的紧密聚集体利于BSA二级结构的稳定.     

AM/DMC/C11AM疏水缔合聚两性电解质的合成、表征与溶液性质

通过Ritter反应合成弱阴离子型疏水单体丙烯酰胺基十一烷基酸(C11AM). 以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺基十一烷基酸(C11AM)为原料, 在水介质中合成新型疏水缔合聚两性电解质AM/DMC/C11AM. 利用1H NMR确证了疏水单体和共聚产物的分子结构. 流变性和芘荧光探针的研究结果表明, AM/DMC/C11AM系列疏水缔合聚两性电解质由于兼具疏水缔合性质和反聚电解质效应, 使其具有较好的耐盐性能.     

荧光探针法研究疏水改性聚丙烯酰胺溶液的疏水缔合行为

采用胶束共聚 共水解方法合成疏水改性水溶性聚合物聚(丙烯酰胺/丙烯酸钠/N 辛基丙烯酰胺)[P(AM/NaAA/C8AM)],并以芘为荧光探针,应用稳态荧光光谱法研究了它的疏水缔合行为。结果表明,随聚合物浓度、疏水单体摩尔分数、疏水侧链长和温度的增加,疏水缔合作用增强;不同疏水单体含量的P(AM/NaAA/C8AM)的临界缔合浓度为1.5~3.0 g/L;表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)与P(AM/NaAA/C8AM)发生了强烈的疏水相互作用,形成混合胶束,得到SDS的临界胶束浓度(CMC)为8×10-3 mol/L;由于聚合物链上羧基的存在,使其具有良好的 pH敏感性,随 pH值的增大,P(AM/NaAA/C8AM)的疏水缔合作用呈现先减弱后恒定再增强的变化。     

氟碳改性聚丙烯酰胺共聚物的溶液性质

研究了氟碳链改性的聚丙烯酰胺水溶液性质及其对盐浓度的依赖性，重点考察 了氟碳疏水组分含量、盐浓度对特性粘数的影响，以及粘度随剪切速率和温度的变 化关系。结果表明聚合物溶液的粘度随盐的引入而增大，但在两种溶液中最小值对 应的共聚单体含量一致。随温度的增加，共聚物溶液粘度依次出现了最小和最大值 。所有实验结果均归于溶液中存在的疏水和氢键两种相反作用的综合结果。     

荧光淬灭法研究疏水缔合共聚物(PAM-b-PPOEA)_n自组装聚集数

运用荧光淬灭技术,包括稳态荧光淬灭法(SSFQ)和时间分辨荧光淬灭法(TRFQ),研究了疏水缔合水溶性丙烯酰胺2苯氧基丙烯酸酯多嵌段共聚物[P(AM POEA)]在水溶液中自组装的聚集数.这类聚合物在水溶液中易形成胶束状聚集体,探针芘分子和淬灭剂二苯酮增溶于疏水微区,荧光测定结果很好地符合Poisson淬灭模型.实验结果表明聚合物链结构、聚合物浓度和无机盐对聚集体的尺寸具有重要影响.聚合物自组装聚集数NA随疏水单体含量的增加和疏水嵌段长度的减小而增大,同时也随聚合物浓度和NaCl浓度增加而增大.另外对聚合物链结构、聚集数和溶液粘度的相互关系进行了讨论.     

新一族疏水缔合聚丙烯酰胺NaAMC14S/AM与Gemini表面活性剂之间的相互作用

在水溶液中进行了表面活性单体丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠(NaAMC14S)与丙烯酰胺(AM)的均相共聚合, 制备了具有微嵌段结构的疏水缔合聚丙烯酰胺NaAMC14S/AM, 合成了阳离子型Gemini表面活性剂二溴化-N,N′-二(二甲基十二烷基)己二铵(C12C6C12Br2), 采用表观粘度法和荧光探针法研究了共聚物NaAMC14S/AM与Gemini表面活性剂C12C6C12Br2的相互作用. 研究结果表明, 疏水缔合聚丙烯酰胺NaAMC14S/AM与Gemini表面活性剂C12C6C12Br2之间存在着很强的相互作用, 既存在静电相互作用, 又存在强烈的疏水相互作用, 表现在以下几方面: C12C6C12Br2的加入, 使共聚物NaAMC14S/AM在浓度小于其临界缔合浓度(cac)时即发生分子间的缔合; C12C6C12Br2在低于其临界胶束浓度时, 就与共聚物NaAMC14S/AM形成混合胶束; 当共聚物的浓度为0.30%(w)时, 随着C12C6C12Br2加入量的增多, 共聚物水溶液的粘度会发生大幅度的增加, 在最大值处粘度竟提高了3个数量级. 研究还发现, 共聚物NaAMC14S/AM与C12C6C12Br2之间的相互作用还与共聚物分子链中的疏水微嵌段含量有关, 疏水微嵌段含量越多, NaAMC14S/AM与C12C6C12Br2之间的相互作用越强, 溶液粘度增加的程度越大.     

含孪尾型丙烯酰胺的HAPAM在新胶束聚合体系中的制备及其疏水缔合性

以表面活性单体2-丙烯酰胺基十二烷磺酸钠(NaAMC12S)为表面活性剂构建了新的胶束共聚合体系,实施了丙烯酰胺(AM)与N,N-二正十二烷基丙烯酰胺(DiC12AM)的胶束共聚合,制备了含孪尾型丙烯酰胺的疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM),该聚合物为三元共聚物DiC12AM/NaAMC12S/AM.通过控制共聚合条件,制得了微结构系列变化的共聚物;采用红外光谱法表征了三元共聚物的化学结构,用荧光探针法与表观粘度法重点研究了共聚物DiC12AM/NaAMC12S/AM的大分子链微结构与其疏水缔合性的关系.结果表明:新胶束共聚合体系大大简化了胶束的共聚合操作,而且由于表面活性单体进入共聚物主链,使三元共聚物DiC12AM/NaAMC12S/AM具有更强的疏水缔合性.与由单尾型丙烯酰胺N-正十二烷基丙烯酰胺(C12AM)为疏水单体制备的HAPAM相比,由DiC12AM制得的HAPAM疏水缔合性更为显著.     

AM/AA/DMDAAC/OAM疏水缔合的两性共聚物的合成及性能研究

以十八醇为原料,制备长链疏水单体N-十八烷基丙烯酰胺(OAM)。以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-十八烷基丙烯酰胺(OAM)为单体,通过胶束聚合法合成了水溶性疏水缔合两性四元共聚物。利用FT-IR、1HNMR、DTA-TG对聚合物的结构和热稳定性进行分析,考察了疏水基团摩尔分数、聚合物浓度对聚合物溶液表观粘度、储能模量、耗能模量等流变性能的影响,并对四元共聚物溶液的性能进行评价。结果表明,疏水两性共聚物具有很好的耐温、抗盐、耐剪切等优异性能。     

Gemini表面活性剂对疏水缔合聚丙烯酰胺界面吸附膜扩张流变性质的影响

采用小幅低频振荡和界面张力弛豫技术, 考察了疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺(HMPAM)在正癸烷-水界面上的扩张黏弹性质, 研究了不对称Gemini表面活性剂C₁₂COONa-p-C₉SO₃Na对其界面扩张性质的影响. 研究发现, 疏水链段的存在, 使HMPAM在界面层中具有较快的弛豫过程, 扩张弹性显示出明显的频率依赖性. 表面活性剂分子可以通过疏水相互作用与聚合物的疏水嵌段在界面上形成类似于混合胶束的特殊聚集体. 表面活性剂分子与界面聚集体之间存在快速交换过程, 可以大大降低聚合物的扩张弹性. 同时, 聚合物分子链能够削弱表面活性剂分子长烷基链之间的强相互作用, 导致混合吸附膜的扩张弹性远低于单独表面活性剂吸附膜.     

部分水解的疏水改性聚丙烯酰胺分子构型与体相行为的关系

采用介观模拟耗散颗粒动力学(DPD)方法研究分子构型变化对聚电解质疏水改性聚丙烯酰胺(HMHPAM)在水溶液中的行为和性质的影响. 模拟中采用均方根末端距量化表征聚合物的伸展程度, 并通过计算溶液中水分子的扩散系数考察大分子形态和构型变化对体系粘度的影响, 探讨了聚合物的浓度、聚合方式、疏水改性比例及水解程度对聚合物溶液的影响机制, 预测了重复单元的种类和排列方式对聚合物构型和溶液性质的影响规律, 为HMHPAM聚合物的分子设计、合成及应用提供指导.     

Study on Rheologic Behavior and Molecular Configuration in the Mixed Systems of Polyacrylamide and Surfactants

Rheologic properties and the conformations of the mixed system of hydrophobically modified polyacrylamide and surfactants in distilled water with or without NaCl were investigated. The vacuum sublimation freezing-drying technique was employed to maintain the aggregation state of the mixed systems. Scan electron microscopy and transmission electron microscopy were used to investigate microstructure of the mixed systems formed, and obtain the system molecular configuration information. The results showed that the rheologic behavior of the mixed solution revealed by viscosity data and microconformation obtained depend on the salt existence and the hydrophobic group content of the polymer. The relationship between polymer microconformation and the macroscopic properties for the mixed systems was analyzed to explore the aggregating mechanism.     

Modified polysaccharides for use in enhanced oil recovery applications

Aqueous solutions of a charged hydrophobically modified hydroxyethylcellulose (HM-HEC(−)) exhibit high viscosities even at low polymer concentrations (0.2 wt%), which is an interesting feature in connection with enhanced oil recovery. This polymer was synthesized for this work. Effects of temperature and addition of sodium dodecyl sulfate (SDS) or hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) on the viscosity properties of a semidilute solution of HM-HEC(−) are examined. The results for the HM-HEC(−)/SDS system disclose strong interactions between HM-HEC(−) and SDS at low level of SDS addition, and this leads to a significant viscosification of the polymer-surfactant mixture. At higher surfactant concentrations the association complexes are disrupted. A strong temperature effect of the viscosity is observed at moderate levels of SDS addition, with lower values of the viscosity at elevated temperatures because of enhanced polymer chain mobility that breaks up the associations. Addition of HP-β-CD monomers to the HM-HEC(−) solution generates decoupling of associations via inclusion complex formation with the polymer hydrophobic tails and the viscosity decreases. By using temperature and addition of these co-solutes, it is demonstrated that the viscosity of the polymer solution can be tuned over a large range of viscosity values.     

Interaction Between the Hydrophobically Modified Polyacrylamide and HPAM-Flooding Produced Liquid

In order to utilize the produced liquid of hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) flooding to enhance oil recovery, the interaction between hydrophobically modified polyacrylamide (HMPAM) and the produced liquid of HPAM flooding was investigated. The viscous characteristic of HMPAM in aqueous solution was investigated by Ubbelohde viscometer. The results show the intrinsic viscosity of HMPAM in aqueous solution is higher than that of HPAM, indicating that HMPAM has better effect on increasing the viscosity of aqueous solution. The viscosity of the complex system consisted of HMPAM and the produced liquid from HPAM flooding is lower than that of the HMPAM system, but higher than that of the HMPAM/HPAM complex system in mineralized water. In order to investigate the major factor of the influence on the viscosity of the HMPAM/produced liquid complex system, the viscosities of HMPAM/HPAM (and hydrolyzed HPAM with different hydrolysis degree) in distilled water and in mineralized water were studied. The fluorescence spectrum and transmission electron microscopy measurements were carried out to investigate the interaction between HPMAM and produced liquid from a microscopic perspective. These results are useful for farther enhancing oil recovery after HPAM flooding.     

改性聚丙烯酰胺水溶液的疏水缔合性质

合成了一种疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺共聚物,使用荧光光谱法并结合紫外及流变性实验,对制备的疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺共聚物在水溶液中形成疏水微区、超分子聚集体及空间网络结构进行了研究,并用扫描电子显微镜证实了溶液中网络结构的存在.     

新型疏水缔合聚合物P(AM/POEA)与表面活性剂的相互作用

采用粘度法、荧光探针和透射电镜研究了新型疏水缔合聚合物P(AM/POEA)和表面活性剂SDS和CTAB在水溶液中的相互作用. 聚合物P(AM/POEA)结构中, 疏水体(2-苯氧乙基丙烯酸酯)呈嵌段状无序地分布在聚丙烯酰胺主链上. 这类聚合物很容易和表面活性剂相互作用, 通过疏水缔合, 形成混合胶束状聚集体, 导致溶液粘度剧增. 随聚合物溶液中SDS的加入, 溶液粘度发生大幅度起伏变化, 出现最大值. 粘度最大值对应的表面活性剂浓度c_S,max位于表面活性剂CMC附近, 并发现它的位置不随聚合物微结构而变化. 然而它们缔合作用的增粘程度却与聚合物疏水体含量X_H及疏水嵌段尺寸N_H有关. 在实验浓度范围内, X_H和N_H愈大, 溶液的粘度越高. 此外用透射电镜直接观察到聚合物/表面活性剂体系中聚集体的交联结构形貌.     

聚丙烯酰胺类疏水缔合物的增黏因素研究

合成了6种不同修饰度的聚丙烯酰胺疏水聚合物(PAM1~PAM6), 考察了聚合度、 共聚物片段含量及疏水基团大小等内部因素和聚合物的抗剪切能力、 剪切恢复性及抗盐性等外部因素对这些疏水聚合物分子间、 分子内缔合的影响规律.     

兼具有强阴离子性与疏水缔合性的丙烯酰胺三元共聚物

在微乳液介质中实施了丙烯酰胺 (AM)、苯乙烯 (St)、2 丙烯酰胺基 2 甲基丙磺酸钠 (NaAMPS)的共聚合 ,制备了既含有强阴离子性基团 (—SO3Na)又含有疏水基团 (St)的丙烯酰胺三元共聚物AM NaAMPS St;通过红外光谱法、紫外分光光度法及元素分析法对共聚物的结构及组成进行了表征 ;稀释外推粘度法测定了共聚物的特性粘数 ;测定了共聚物纯水溶液及盐水溶液的表观粘度 ;荧光探针法考察了三元共聚物的疏水缔合性以及离子基团对疏水缔合性的影响规律 .实验结果表明 ,在聚丙烯酰胺 (PAM )分子主链上同时引入强阴离子性基团与疏水基团后 ,阴离子的电粘效应与疏水基团的疏水缔合作用相互协同 ,会使共聚物水溶液的黏度显著提高 ;盐溶液对疏水缔合作用的增强效应与强阴离子基团对盐的较大容忍度相互结合 ,会使共聚物水溶液的抗盐性能明显得以提高 ;大分子链上的强阴离子基团磺酸根的存在 ,在一定程度上会削弱疏水基团之间的疏水缔合作用 ,即对疏水基团的疏水缔合行为会产生一定的负性影响 .     

粘度法研究疏水改性聚丙烯酸与Np7.5的相互作用

研究了氟基团改性和氟碳、碳氢基团同时改性的聚丙烯酸（HM－PAA）以及参与聚合物（PAA）与非离子表面活性剂Np7.5分别在稀溶液和亚浓溶液下的相互作用对特性粘数和Brookfield表观粘度的影响。结果表明,PAA与Np7.5无明显作用,而M－PAA在Np7.5达到一定浓度后,由于Np7.5参与了疏水缔合,特性粘数和表观粘度发生了明显变化。稀溶液中,氟碳基团较多的聚合物出现了链构象的伸展。亚浓溶液中,疏水改性聚合物的粘度都有先上升后下降的变化,但氟碳含量较多的变化更强烈。     

P(AM-NVP-DMDA)疏水缔合水溶性共聚物的研究

采用自由基水溶液共聚合法制备了Ｐ（ＡＭ－ＮＶＰ－ＤＭＤＡ）疏水缔合水溶性共聚物。对共聚物的溶液性能进行了研究,包括盐效应、粘温关系、流变性能、热稳定性、与碱、表面活性剂的相互作用、稀溶液性质等。共聚物分子中由于引入了较多的疏水基团而具有较强的疏水缔合效应,在聚合物浓度较低时具有较高粘度。ＮＶＰ结构单元的引入可适当提高共聚物溶液的热稳定性。对共聚物溶液的电镜分析结果表明,在其水溶液中存在着微相分离结构,它对共聚物溶液的增粘起着重要作用。