端氨基支化低聚物的合成及其应用研究

摘要

支化低聚物作为一类椭球状对称大分子，已成为21世纪高分子领域中重要的研究方向之一。由于其具有低粘度、高流变性等独特化学特性，目前已被广泛研究并应用于各个领域中，如纳米材料、自组装分子体系、靶向药物等。本论文从分子设计的角度出发，运用人工合成及波谱表征技术等手段，以有机胺作为支化中心，采用“发散法”室内制备了三大类共10种端氨基支化低聚物（树枝状、链球状以及爪状）。最后分别对上述端氨基支化低聚物在油田开发助剂方面的潜在应用价值做了相关探索与研究。具体内容如下：
　　分别以十八胺，十二胺为分子内核，经Michael加成及酰胺缩合制备了一类树枝状端氨基支化物（18A1.0G，12A1.0G，18A2.0G，12A2.0G），反应产率可达80％以上。借助IR光谱，1H NMR，13C NMR波谱，ESI-MS技术对上述产物进行了官能团表征及结构指认从而验证了所合成的化合物为目标产物。最后，考察了上述支化物作为破乳剂的相关性能指标。结果表明：该类支化物具有作为破乳剂的应用潜力。相同条件下12A1.0G，12A2.0G各项性能指标均优于18A1.0G，18A2.0G。其中12A2.0G的最低表面张力可达20.991mN/m，CMC值为0.575mmol/L。50℃时12A1.0G支化物的油水界面张力可以达到5.4×10-2mN/m。60℃下120min内其脱水率可达90%，且油水界面平齐，脱出水颜色清澈。
　　以己二胺为分子内核，成功制备了尚未见报道的1.0G链球状支化物(HD-1.0G)。考察了阻聚剂种类对0.5G产物收率的影响。设计正交试验与单因素实验优化了反应条件，优化后产率达92.87%。探索并合成了以二乙醇胺，二正丁胺为分子内核的支化物DEA-1.0G，DBA-1.0G。借助IR光谱及ESI-MS对上述产物进行了结构指认，研究并归属了其主要特征碎片离子的裂解途径。最后，考察了上述支化物作为黏土抑制剂的性能指标。结果表明：三种产物均具有作为粘土抑制剂的应用潜能。其抑制作用强弱顺序是HD-1.0G>DEA-1.0G>DBA-1.0G。加量为1%时，HD-1.0G的防膨率达到90%以上。加量为3%时，其静态溶失率仅为23.54%。经配伍性实验分析，上述支化物均体现出良好地配伍效果。
　　以NH3为分子内核，经Michael加成及Hoffmann降解制备了一类常见的金属螯合剂(Tren)。将其与水杨醛经Schiff Base反应得到了一类尚未见报道的爪型席夫碱支化物(TrenS)。利用X-单晶衍射技术对该分子进行了表征。以Tren为支化中心，合成了一类鲜有报道的爪型端氨基支化物(Tren1.0G)。借助IR光谱，1H NMR，13C NMR波谱对产物进行了结构表征。最后，考察了上述支化物作为Ca2+阻垢剂的阻垢效果。结果表明：上述支化物具有一定的阻垢效果。在相同加量下，阻垢效果顺序为：Tren1.0G＞TrenS＞Tren。其中Tren1.0G支化物加量在100mg/L以上时，阻垢率可以达到85%以上。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 超支化聚合物的合成

1.3 超支化聚合物的表征

1.4 超支化聚合物的分子量及其分布

1.5 超支化聚合物的应用

1.6 课题的意义及主要内容

第二章 树枝状端氨基支化物低聚物的合成及应用研究

2.1 主要仪器设备与试剂

2.2 18A系列支化低聚物的合成

2.3 12A系列支化低聚物的合成

2.4 树枝状端氨基支化低聚物的结构表征

2.5 树枝状端氨基支化低聚物的性能评价

2.6 结果与讨论

2.7 结论

第三章 链球状端氨基支化低聚物的合成及应用研究

3.1 主要仪器设备与试剂

3.2 HD-1.0G支化低聚物的合成

3.3 HD-1.0G合成的正交实验设计

3.4 HD-1.0G合成的单因素实验设计

3.5 其他链球状端氨基支化低聚物合成的探索

3.6 链球状端氨基支化低聚物的结构表征

3.7 链球状端氨基支化低聚物的性能评价

3.8 结果与讨论

3.9 结论

第四章 爪状端氨基支化低聚物的合成及应用研究

4.1 主要仪器设备与试剂

4.2 实验部分

4.3 爪状端氨基支化低聚物的结构表征

4.4 爪状端氨基支化低聚物的性能评价

4.5 结果与讨论

4.6 结论

第五章 结果与讨论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文