戊烯/α-烯烃二元、三元共聚减阻剂的研究

摘要

流体的输送是工业生产的重要环节，用途十分广泛。目前流体的输送主要以管道输送为主。减阻剂是一种可以增加管道的输送量或降低管道承压的化学试剂，减阻剂的使用具有明显的节能增输效果。
　　随着原油需求的不断上升，用于管道输送原油的具有节能增输作用的减阻剂的研究应用显得越来越重要。目前，减阻技术被美国和德国的公司垄断，我国的减阻剂使用依赖国外进口。线型柔性高分子质量的聚合物具有良好的减阻效果，聚α-烯烃是目前广泛用于原油减阻且效果较好的聚合物。本文拟将短链烯烃与长链烯烃共聚，通过短链烯烃的加入破坏聚合物分子链的规整性，使共聚产物的分子链排布疏松，结晶度降低，从而提高减阻效果。
　　论文采用溶液聚合法，以TiCl4/MgCl2为主催化剂，Al(i-Bu)3为助催化剂，α-烯烃为单体，首次将α-戊烯作为单体引入减阻剂的制备中。考察了聚合方式、溶剂种类及催化剂加入方式对聚合物合成工艺及减阻效果的影响。合成了α-戊烯/α-十二烯二元共聚物减阻剂、α-戊烯/α-辛烯/α-十二烯三元共聚物减阻剂，采用室内环道评价聚合物的减阻性能，并考察了反应条件对减阻效果的影响。分别采用正交试验法和响应面法对二元聚合、三元聚合工艺进行了优化。通过核磁共振仪(NMR)、傅里叶变换红外光谱计(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对聚合物的结构与性质进行了表征。
　　制备α-戊烯/α-十二烯二元共聚物时溶液聚合法优于本体聚合法，以环己烷为溶剂优于以正己烷为溶剂。主催化剂溶于溶剂后加入聚合溶液中进行反应的方式对聚合物性质影响不大，总体来看，主催化剂直接加入聚合溶液进行反应效果更优。
　　α-戊烯/α-十二烯二元共聚物的最优聚合条件为戊烯添加量0.05 mL，十二烯用量16 mL，主催化剂用量0.08 g，助催化剂用量0.1 mL，聚合温度5℃，此时得到的二元共聚物在添加量10 g·m-3时减阻率可达57.62%。
　　α-戊烯/α-辛烯/α-十二烯三元共聚物最优聚合条件为：戊烯量0.07 mL，十二烯:辛烯=4，主催化剂量0.07 g，助催化剂量0.4 mL，在此条件下得到的三元共聚物在添加量10 g·m-3时减阻率为59.79%。
　　引入戊烯制备所得的聚合物减阻剂结晶度下降，溶解效果明显优于α-十二烯均聚物及α-辛烯/α-十二烯二元共聚物，减阻率得到了提高。不同α-烯烃进入晶胞的能力不同，碳原子数小于5的支链可以进入晶格。戊烯支链碳原子数为3，在高速聚合过程中也可以轻易进入晶格，表现为晶胞的膨胀和晶胞参数的明显增大，因此α-戊烯的加入使高分子分子链的排布变得疏松，链的规整性被破坏，结晶度下降。而支链碳原子数为6的辛烯支链，进入晶格困难，大部分被排斥在晶格之外。随着戊烯添加量的进一步增加，戊烯与辛烯、十二烯竞争催化剂活性中心，使得所得的共聚物分子量下降，不能满足减阻剂的超高分子量要求，减阻率下降。

目录

第一章 绪论

1.1 减阻机理及减阻影响因素

1.2 聚合物减阻剂的改进和优化

1.3 聚合物减阻剂总结与展望

1.4 其他减阻剂

1.5本文工作及研究意义

第二章 实验部分

2.1 实验仪器及药品

2.2 溶剂环己烷的精制

2.3 催化剂的称取

2.4 聚合物减阻剂的制备

2.5 高分子共聚物减阻性能评价

2.6 高分子共聚物的表征

第三章 聚合方式对聚合物减阻性能的影响

3.1 聚合物的制备

3.2 聚合方式的影响

3.3 溶剂种类的影响

3.4 主催化剂加入方式的影响

3.5 本章小结

第四章 α-戊烯/α-十二烯二元共聚

4.1 二元共聚物的合成

4.2 单因素分析确定聚合条件

4.3 正交试验设计及结果分析

4.4 聚合物的表征

4.5 本章小结

第五章 α-戊烯/α-辛烯/α-十二烯三元共聚

5.1 聚合物的制备

5.2 单因素实验

5.3 响应面实验优化设计

5.4 聚合物的表征

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

研究生工作期间发表和撰写的论文

致谢

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