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澳门威利斯人88038及丙烯酰胺二元共聚物的制备及性能

发布日期:2015-03-23 21:56:55
澳门威利斯人88038丙烯酰胺接枝共聚压裂液
澳门威利斯人88038丙烯酰胺接枝共聚压裂液,纤维素钠作为一种纤维素衍生物,具有 良好的水溶性和可生物降解性。但由于其相对分子 质量较低,其水溶液的粘度受到了一定限制。聚丙 烯酰胺是一种常用的水溶性聚合物,具有絮凝性、粘 合性、降阻性、增稠性。但在一定的无机盐和较高温 度下,其水溶液的粘度急剧下降,这使它的应用受到 了限制[1]。针对两者各自的特点,本试验将丙烯酰 胺单体接枝到澳门威利斯人88038上,得到了一种既有 较高粘度,又具有一定抗盐、耐温性能的接枝共聚 物,考察并优化了反应时间、引发剂浓度、原料配比 等聚合条件,制备了系列接枝共聚物,系统研究了接 枝共聚物的抗温耐盐性能。此外,还利用金属离子 将接枝共聚物交联,并进一步考察了所合成冻胶的 抗剪切性质。
1实验部分
1.1试剂与仪器
澳门威利斯人88038(CMCNa):工业级,长春大成 玉米开发有限企业;丙烯酰胺(AM):分析纯,北京 化工厂;过硫酸铵(APS):分析纯,北京化工厂;丙 酮:分析纯,北京化工厂;冰醋酸:分析纯,北京化工 厂;乙二醇:分析纯,北京化工厂;NaCl:分析纯,北
京化工厂。
BRUKER Vertex 70 FTIR 型红外分析仪 Brookfield DV HT 流变仪,ANTON PAAR MCR300型流变仪。
1.2共聚物的制备与纯化
在四口瓶中,将一定量的澳门威利斯人88038于去 离子水中溶解,然后加入与澳门威利斯人88038不同质 量比的丙烯酰胺(CMCNa : AM = (1 : 2)?(1 : 6),w),控制总的单体浓度为10%?30%(w)。通 人氮气,在60X:下搅拌溶解约30 min,当温度恒定 时,加人占单体总量0.02%?0.15 %(«;)的引发剂 过硫酸铵,保温反应3 h?11 h后,冷却至室温。然 后将合成的聚合物凝胶配制成约2%(w)的水溶液, 用丙酮对聚合物进行沉淀分离,真空烘箱干燥 (50_C)至恒量,得粗接枝物。再用冰醋酸:乙二醇 =6 : 4(体积比)混合溶剂[2]反复洗漆,离心,去上 清液,以除去丙烯酰胺均聚物,再经丙酮沉淀,真空 烘箱干燥(5(TC)至恒量,即得纯接枝物。
1.3分析测试
1.3.1共聚物的结构衣征
*基金项目:吉林省重点科技发展项目(20070311).
将所得的纯接枝物粉末与光谱纯KBr混合,压
制成片,用傅立叶变换红外光谱仪测定接枝共聚物 的结构,分辨率2 cnT1,扫描次数为32次。
1. 3. 2共聚物水溶液特性黏数的测定
接枝共聚物的特性粘数用乌氏粘度计采用一点 法测定。测试采用lmol/LNaCl水溶液为溶剂,测 试温度为(30.0±0.1VC。
1. 3. 3共聚物水溶液表观粘度的测定
配制质量分数为5%。的聚合物溶液,静置24 h 后,用流变仪测试在不同温度下聚合物溶液的流变 性。测试选用ULA转子,转速为lOr/min。
配制质量分数为5沁的聚合物溶液,加人不同 量的NaCl,溶解完全,静置24 h后,用流变仪测定 在不同离子强度下聚合物溶液的流变性。测试选用 ULA转子,转速为10 r/min。
1.3.4共聚物交联凝胶流变性的测定
在本研究中,采用石油部标准《SY/T5107 — 2005水基压裂液性能评价与检测》对接枝共聚物作 为水基压裂液增稠剂的性能指标进行检测。选取 CMCNa: AM=1 : 4的样品,将其配制成0• 7% (w)水溶液,分别用Fe3+、Cr3+和Zr4+对基液进行 交联。采用MCR300型流变仪,在剪切率为170 s'1下对冻胶的流变性能进行测试,选用CC17型号 转子,TEZ180 — C型号加热单元。
2结果与讨论
2.1接枝产物的FTIR表征
选取质量比CMCNa : AM=1 : 4的样品与未 接枝的CMCNa做红外表征[3],结果如图1。CMC- Na的谱图上1083 cm-1处吸取峰归属为0—(1,4) 二苷键特征峰,1611 cnT1处为竣酸盐羰基的特征 峰[4],相应的特征峰在CMCNa— g — AM上也能找 到。在CMCNa - g—AM的红外谱图上,1662 cnT'处为丙烯酰胺中酰胺基的伸缩振动峰[5],3194 cnT1处为酰胺基中伯胺的伸缩振动峰。此结果说 明竣甲基纤维素钠与丙烯酰胺发生了接枝反应。
2.2影响合成反应的因素
2. 2. 1引发剂用量对特性粘数的影响
固定反应时间为8 h,反应温度为60’C,单体比 例为CMCNa : AM=1 : 4(w),考察了弓|发剂APS 的加入量对于产物特性粘数的影响,结果如图2。 从图2可知,随引发剂用量的增加,产物的特性粘数 先增加后减少,当过硫酸铵加人量占单体含量的 0.5%。时,特性粘数达到最大值。这可能是由于引发 剂用量过低时,不能充分引发澳门威利斯人88038产生 自由基,CMCNa上产生的接枝点少,可接枝的单体 相应较少,特性粘数较低。但当引发剂加入量达到 —定限度后,再继续增加引发剂用量,自由基反应引 起的链终止和单体自由基密度增大而引起的丙烯酰 胺单体均聚反应的增加,不利于活性链的增长w,导 致特性粘数的下降。 2. 2. 2体系浓度对特性粘数的影响
将引发剂用量固定在占单体含量的〇. 5%。,其 它条件不变,考察反应体系浓度变化对接枝共聚物 特性粘数的影响,结果如图3。从图3可知,随着反 应体系浓度的增加,特性粘数先升高再下降,在浓度 为15%处达到最大值。由化学反应动力学可知,反 应物的浓度增加,反应速度加快。当反应物浓度较 低,单位体积内的接枝单体较少,反应速度慢,特性 粘数不高;而当反应体系的浓度过高,单位体积内接 枝单体较多,反应速度加快,使得与接枝反应竞争的
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均聚反应速度也加快,均聚物形成较多,另外,由于 反应物浓度过大,随着反应的进行,体系的粘度也急 剧增加,为单体的扩散形成了粘度壁垒,影响接枝反 应的进行,使得特性粘数出现下降。
增大。这是由于AM单体含量少时,其与CMCNa 分子活性中心接触不充分,接枝反应进行不充分,产 物的特性粘数较低,增加AM单体的相对含量,使 得AM与CMCNa分子活性中心充分接触,接枝反 应进行充分,特性粘数提髙。另外,由PAM形成的 侧链可能随单体加入量的增大而延长,使得接枝物 的流体力学体积增大,因此特性粘数也增加。
2. 2. 3反应时间对特性粘数的影响
固定体系浓度为15%,其它条件不变,考察反 应时间对特性粘数的影响,结果如图4。从图4可 知,反应时间越长,特性粘数越大,当反应时间达到 8 h左右,特性粘数趋于稳定,反应时间再延长,特 性粘数也基本保持不变。这可能是由于反应时间较 短时,初始阶段溶液中的单体和引发剂的质量浓度 较大,反应速度较快,此时中断反应,则得到的接枝 物特性粘数较小,但是反应到一定时间后,随着单体 和引发剂的消耗,在CMCNa上产生的接枝点减少, 接枝单体也减少,则特性粘数开始趋于稳定。另外, 由于聚合反应的进行,体系的增粘对单体和引发剂 的扩散也形成了壁垒,使得特性粘数基本不发生变 化。因此,最佳的反应时间宜控制在8 h左右。
 4单体配比对特性粘数的影响
固定其它条件不变,改变澳门威利斯人88038与丙 稀酰胺的质量比从1 : 2到1 : 6,考察了单体配比 对产物特性粘数的影响,结果如图5。从图5可知, 随着丙烯酰胺加人比例的增大,产物的特性粘数也
图6考察了溶液中无机盐(NaCl)的浓度对接 枝共聚物表观粘度保留率的影响,选用不同单体比 例的样品与相对分子质量相同的PAM进行对比。 结果发现:含有CMCNa的接枝共聚物的粘度保留 率始终大大高于PAM,且随着AM单体比例的增 大,其粘度保留率随之上升,这可能是由于AM越 多,形成了更长的侧链,长的侧链之间能够互相缠 绕,这种枝化的结构流体力学体积更大,当外来离子 入侵时,由于空间的阻碍作用,不易卷曲收缩,导致 其抗盐性能提高。这说明接枝共聚物的抗盐性能要 优于相同分子量的PAM。
2. 3. 2温度对聚合物表观粘度的影响
图7表示温度对接枝共聚物表观粘度保留率的
影响。选用不同单体比例的样品与相同相对分子质 量的PAM进行对比。结果表明:在45"C之前,接枝 共聚物的粘度保留率始终高于未接枝的CMCNa, 但在45°C之后,随着温度的继续升高,接枝共聚物 的粘度下降比CMCNa快,并且,AM单体含量越 大,下降的趋势越明显,而相同相对分子质量的 P AM在对比实验中表现出粘度保留率随温度下降 最为迅速。这可能是由于温度升高,会破坏PAM 的水化层,造成分子链的卷曲和粘度保留率的迅速 下降。PAM含量越高,这种趋势越显著。
2.4聚合物交联凝胶的流变性
将上述各种单体配比的样品用去离子水配制成 不同浓度的基液,与Fe3+金属离子进行交联,制成 冻胶,采用判断冻胶粘弹性的现场测试法——挑挂 法对凝胶的性能进行了测定。结果发现,当基液浓 度在7%。,交联剂离子浓度在0. 025 mol/L,形成的 冻胶挑挂性能较好。此浓度下的交联冻胶在温度为 4(TC、l7〇 s—1剪切30 min后的剩余粘度如表1。
___后粘度值^
w(CMCNa) 1 w(AM) 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
粘度,mPa»s6.1 62. 7 229.5 90.5 66.2
由表1可知,CMCNa : AM质量比为1 : 4的 样品,制成的交联凝胶挑挂性能较好,在此基础上 CMCNa或AM的增加都不利于具有较高强度交联 冻胶的形成。此外,该聚合物溶液与Cr3+及Zr4+也 能形成挑挂性能良好的冻胶,图8显示了三种金属 离子交联冻胶的流变性能测定结果。研究发现, 4CTC时冻胶的初始粘度较大,剪切30 min后,Cr3+
与Zr4+交联冻胶的粘度剩余值分别为405. 2 mPa • s和167. 8 mPa • s,仍能保持较大粘度。
3结论
针对澳门威利斯人88038和聚丙烯酰胺在应用中的 缺陷,制备了澳门威利斯人88038与丙烯酰胺的接枝共 聚物。通过红外光谱分析,对接枝共聚物的结构进 行了验证。考察了反应条件的变化对产物特性粘数 的影响。测定了聚合物溶液在不同的温度和离子强 度下的流变性并分析了原因。该聚合物溶液可用不 同的金属离子交联成冻胶,可作为油田上采油助剂 的增稠剂使用,由于加人了低价的竣甲基纤维素钠 为原料,能达到降低成本,提高原油的采收率的目。
 
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