疏水缔合聚丙烯酰胺的反相乳液聚合及其性能研究

摘要

目前三次采油新技术主要以表面活性剂驱、聚合物驱、碱驱和二元复合驱为代表，其中聚合物驱因提高采收率作用明显得到了国内外的广泛关注。疏水缔合聚丙烯酰胺由于疏水基团之间相互缠绕，发生分子间缔合，形成空间网络结构，相比普通聚丙烯酰胺，具有良好的增稠性能，在石油开采领域具有重要的应用前景。表面活性剂对疏水缔合物油包水乳液具有很好的乳化分散和稳定效果，且其本身具有良好的降低界面张力的作用。因此本文筛选出性能优良的表面活性剂复配体系用于制备疏水缔合聚合物乳液，并研究了两性疏水缔合和阳离子疏水缔合聚丙烯酰胺的合成及性能。 （1）通过将亲油性表面活性剂失水山梨糖醇脂肪酸酯（Span80）分别与亲水性表面活性剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（Tween-80）、辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和烷醇酰胺（AMD）复配，筛选出了性能优良的复配型表面活性剂体系WY(Span80/AMD)，其中m(Span80):m(AMD)=2:1。分别测试了表面活性剂AMD和WY的界面张力；评价了WY的乳化性能。结果表明：WY 体系能有效降低油水界面张力，驱油性好；WY 溶液对油有较好的乳化能力，可以用作反相乳液聚合过程中的乳化剂。 （2）以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和一种疏水长链十八烷基二甲基烯丙基氯化铵（RM18）为单体，采用反相乳液聚合法合成两性疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂(AP-AM18)。最佳合成条件：乳化剂占油相体积分数12.5%，总单体质量分数25%，pH=6~7，反应温度30℃，反应时间6h。利用Waters凝胶色谱仪（GPC）测定了AP-AM18的分子量为3.1×106；通过红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1HNMR）、X-射线衍射（XRD）对 AP-AM18的结构进行了表征；采用动态激光光散射粒径分析仪、热重分析仪（TGA）和动态流变仪对 AP-AM18 溶液性能进行了测试。结果表明：AP-AM18具有非晶体结构；乳液平均粒径在100nm左右，分布集中，乳液稳定；分解温度超过500℃后，样品质量基本不变，具有良好的耐温性；当浓度为2%时，AP-AM18在清水中的表观黏度达到893mPa·s，在5×104mg/L矿化水中的表观黏度达到391mPa·s，具有较好的增稠、耐盐性能；AP-AM18属于假塑性流体，剪切200s后，表观黏度仍可达到93mPa·s， 表现出较强的耐剪切性能，储能模量G'和损耗模量G"随着应力的改变基本不变，且G'＞G"，具有较强的黏弹性和抗应变能力。 （3）以AM、2-甲基-丙烯酰氧乙基-三甲基氯化铵（DMC）为单体，采用反相乳液聚合法制备出一种阳离子聚丙烯酰胺乳液PAM1。最佳合成条件为：引发剂用量0.08%（以单体总质量计），w(单体)=22%，反应温度35℃，反应时间6h。利用GPC测定了PAM1的分子量为8.2×105；通过FT-IR、动态激光光散射粒径分析仪和动态流变仪对PAM1的结构及性能进行了表征。结果表明：PAM1乳液粒径分布范围窄，乳液较稳定；其溶液属于假塑性流体，剪切200s后，表观黏度由277mPa·s降到253mPa·s，具有良好的耐剪切性能。 （4）以DMC代替AMPS，通过加入功能性疏水长链RM18和AM，采用反相乳液聚合法合成了一种乳液型阳离子疏水缔合聚丙烯酰胺（HAM-D）。其最佳合成条件为：m(油):m(水)=1.25，引发剂用量 0.04%（以单体总质量计），w(单体)=24%，反应温度35℃，反应时间6h。利用GPC测定了HAM-D的分子量为2.8×106；通过FT-IR、1HNMR、XRD、动态激光光散射粒径分析仪、TGA和动态流变仪对HAM-D结构与性能进行了表征。结果表明：HAM-D乳液粒径分布窄，稳定性好；相比PAM1，HAM-D具有良好的耐热性；在 5×104mg/L 矿化水中表观黏度仍可达到 163mPa·s，具有较好的增稠、耐盐性能；剪切 300s 后，表观黏度由 249mPa·s 降到236mPa·s，表现出良好的耐剪切性能；储能模量 G'和损耗模量 G"均随着应力的增大先下降后基本不变，G'＞G"，表明HAM-D具有较强的黏弹性。

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