接枝缔合丙烯酰胺共聚物与表面活性剂的相互作用研究

摘要

本文主要研究一种接枝缔合型丙烯酰胺共聚物(PAAV)与五种不同分子结构的表面活性剂间的相互作用机理,五种典型表面活性剂分别为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、烷基酚聚氧乙烯(10)醚(OP—10)以及十二烷基二甲基胺乙内酯(BS-12)。研究了温度、盐浓度、剪切速率以及共聚物浓度对溶液表观粘度和对复合盐水溶液表、界面张力的影响,结果表明,聚合物PAAV由于很强的分子间缔合作用,具有较好的增粘性能、抗盐性能、耐温性能以及两亲性能。研究了纯水和盐水中五种表面活性剂浓度分别对聚合物溶液增粘性能的影响规律。并得到各表面活性剂与接枝缔合共聚物复配的最佳浓度。研究并得到了聚表二元体系在纯水中的流变规律,以及pH值对复合溶液表观粘度的影响规律。研究了表面活性剂浓度对聚合物盐水溶液表面张力和界面张力的影响规律,揭示出接枝缔合共聚物与各表面活性剂的相互作用机理。
　　 在宽的NaCl浓度范围内,PAAV显示了较好的增粘能力和两次盐增稠效应。在5000 mg/L NaCl盐水溶液中,0.20g/dL PAAV溶液粘度为693.9 mPa·s；当NaCl浓度为30000 mg/L和90000 mg/L时,溶液粘度分别为265.9 mPa·s和193 mPa·s。在20～80℃范围内,0.20g/dL PAAV由于强的分子间缔合作用,在5000 mg/L NaCl溶液中显示了良好的耐温性能和两次热增稠行为,且在25℃时溶液中粘度最高,为889.8 mPa·s;高于45℃后,溶液粘度随温度升高缓慢下降,即使在80℃时共聚物盐水中的溶液粘度仍然高达510.9 mPa·s。
　　 0.2g/dL PAAV在纯水和盐水溶液中,聚合物表观粘度随着SDS、SDBS、CTAB浓度的增加都是先急剧增大再减小,然后趋于平衡。在纯水溶液中,溶液表观粘度极值分别为3443 mPa·s、3521 mPa·s和2879 mPa·s,此时最佳增粘浓度为分别为2mmol/L、0.8 mmol/L和0.5 mmol/L；在5000mg/L NaCl盐水溶液中,溶液的粘度极值分别为869.3 mPa·s、905.1 mPa·s和1107.8 mPa·s,此时最佳增粘浓度为分别为1mmol/L、0.3 mmol/L和0.3 mmol/L。随着BS-12浓度的增加,聚合物表观粘度先增大后趋于平衡。当BS-12浓度为1 mmol/L时,0.2g/dL PAAV纯水溶液表观粘度为1036 mPa·s,盐水溶液表观粘度下降为753.5 mPa·s。随着OP-10浓度的增加,聚合物溶液表观粘度先急剧降低,然后趋于-稳定值。当OP-10浓度为1 mmol/L时,0.2 g/dL PAAV纯水溶液表观粘度为84 mPa·s；在盐水溶液中,相同OP—10浓度时,溶液表观粘度为12 mPa·s。结果表明,OP-10增粘能力最弱。淡水中SDBS对复合溶液的增粘能力更强,但盐水中CTAB更强。
　　 从pH对复合溶液表观粘度的影响规律看出:对于SDS或SDBS参与的复合溶液,在纯水溶液中,加入盐酸时,随着pH值的降低,溶液粘度下降；当加入碱时,pH值在7～9时,粘度下降。在盐水溶液中,当加入盐酸时,随着pH值的降低,溶液粘度先增加再减小；当加入碱时,pH值在7～9时,粘度下降。对于CTAB参与的复合溶液,在纯水溶液中,变化趋势同SDS,在盐水溶液中,当加入盐酸时,随着pH值的降低,溶液粘度减小；当加入碱时,pH值在7～9时,粘度下降。
　　 0.01g/dL PAAV在5000 mg/L NaCl盐水溶液中,随着表面活性剂的浓度增加,PAAV溶液的表、界面张力的均先迅速降低,当SDS、SDBS、CTAB、OP—10、BS-12浓度分别为8 mmol/L、1.2 mmol/L、0.8 mmol/L、0.08 mmol/L和7 mmol/L时,表、界面张力趋于-稳定最低值,对应的最低表面张力值分别为28.2mN/m、26.2 mN/m、25.2 mN/m、37.4 mN/m、29.2 mN/m；对应的最低界面张力值分别为1.01 mN/m、0.07mN/m、0.011 mN/m、0.11 mN/m、4×10-4mN/m。
　　 PAAV盐水溶液具有较好的表、界面活性。随着聚合物浓度的增加,PAAV溶液的表、界面张力先迅速降低,当聚合物浓度高于0.04 g/dL,后,聚合物水溶液的表、界面张力均趋向稳定,分别为29.2 mN/m和3.5 mN/m。一定浓度的表面活性剂条件下,5000 mg/L NaCl盐水溶液中,聚表二元复合溶液随PAAV浓度的增加,表、界面张力先迅速降低,然后均趋向稳定,且都低于单独的聚合物溶液。当SDS、SDBS、CTAB、OP-10、BS-12浓度分别为1 mmol/L、0.3 mmol/L、0.3 mmol/L、0.03 mmol/L和1 mmol/L时,所对应的聚表二元复合盐水溶液在PAAV达到一定浓度后,出现的最低表面张力值分别为27.1 mN/m、24.1 mN/m、22.5 mN/m、28.4 mN/m和26.4mN/m；出现的最低界面张力值分别为0.75 mN/m、0.42 mN/m、0.076 mN/m、0.57mN/m和0.38 mN/m。结果表明,五种表面活性剂与共聚物PAAV都发生了不同程度的相互作用,CTAB与PAAV作用最强,能显著降低溶液的表、界面张力,其次是SDBS和BS-12,其中BS-12能很好的降低溶液界面张力,但CTAB和BS-12都带阳离子,在驱油过程中容易产生沉淀,发生相分离,不利于聚表二元体系的应用研究。因此,优选综合性能较好的SDBS作为聚表二元驱油体系的表面活性剂。