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丙烯酰胺黄原胶接枝共聚物水溶液粘性行为研究

发布日期:2015-05-02 10:26:30
接枝共聚物
  黄原胶(XG)具有抗盐、抗机械降解等特点,是 一种性能良好的驱油剂,但其热稳定性差,溶液中的 XG在温度超过71尤时即产生降解;1]。研究表明 XG与丙烯酰胺(AM)等乙烯基单体接枝共聚物,耐温 性能有明显提高>3]。本工作以黄原胶和丙烯酰胺 为主要原料,硝酸铈铵(CAN)为引发剂,合成了丙 烯酰胺黄原胶接枝共聚物(XGA),并以在三次采油 现场大量使用的高分子量部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)为参照,对合成的AM/XG接枝共聚物 (XGA)在水溶液中黏度性质的各种影响因素进行 了研究,在相同条件下对比了 XG与XGA的黏度性 能。
  
  1室内实验1.1主要原料、试剂及仪器主要原料及试剂:黄原胶(XG):河北某企业生 产;XGA:实验室合成;丙烯酰胺(AM):江西农科生 产;硝酸铺铵(CAN):分析纯,上海国药;其余试剂 均为市售分析纯试剂。
  
  主要仪器:LVDV - III ULTRA型数字流变仪, 美国Brookfield企业。
  
  1.2实验方法1.2.1丙烯酰胺黄原胶接枝共聚物(XGA)的合成 在带有搅拌和通氮装置的三口烧瓶中加人适量 水和AM,通氮20 min后,投人适量XG搅拌30 min,恒温至规定温度后,滴加引发剂,氮气保护下搅 拌聚合4 ~6 h,得到液态黏稠产物,用乙醇萃取分 离,真空干燥,粉碎后得到粗接枝共聚物,将粗接枝 共聚物用K(乙二醇):V(冰乙酸)=3:2的混合溶 剂?提洗,除去丙烯酰胺均聚物(PAM),抽滤后将 沉淀物真空干燥得到丙烯酰胺黄原胶接枝共聚物 XGA〇
  
  1.2.2XGA表观黏度的测试将提纯的XGA在搅拌下加入盐水中使之溶解,使用LVDV - III ultra型Brookfiled流变仪(0号转子)测定XGA盐水溶液的表观黏度。
  
  2结果与讨论2.1无机盐影响2.1.1Na +对溶液黏度影响Na+对接枝共聚物溶液表观黏度影响如图1所 示,随溶液中Na +浓度的提高,各聚合物的表观黏 度均呈现下降趋势,符合一般聚电解质黏度的变化 规律,但由图中可见,XGA和XG随Na +浓度提高, 黏度变化明显较HPAM平缓,表现出良好的耐盐 性。无机盐的加入对聚电解质溶液的影响主要在于 两点:(1)随无机盐浓度提高,抗衡离子的屏蔽作用 增强,高分子主链蜷曲,溶液黏度下降。(2)压缩水 化层,使束缚水减少,不利于黏度提高。XG具有刚 性分子链,在水溶液中不易蜷曲,Na+的加人对其影 响主要在于后者,XGA具有的刚性分子主链对其黏 度起主要贡献,表现出与XG相同的现象。而 HPAM为柔性链高分子,在以上两方面作用下,表观 黏度迅速下降。
  
  测试条件:85弋;剪切速率:36.69s-1;各聚合物浓度都是1500 (mg ? L*1)
  
  图1 NaCl浓度对聚合物表观黏度的影响2.1.2Ca2+、Mg2 +对溶液黏度的影响Ca2+、Mg2 +对接枝共聚物黏度的影响如图2所 示,各聚合物表观黏度随Ca2t、Mg2+浓度的变化规 律与随Na+浓度的变化规律基本相同,XG和XGA 得益于其刚性的分子主链,表现出非常平缓的黏度 变化。而HPAM的表观黏度则随Ca2+、Mg2+浓度 的提高,表现出比在Na +作用下更加急剧的黏度下 降,原因在于Ca2+、Mg2+比Na +具有更多的正电荷, 压缩聚合物分子水化层的能力更强,而且HPAM分 子链上有较多-C00_,在高温下,容易与Ca2+、 Mg2 +络合造成分子链蜷缩,甚至从溶液中沉淀,造 成溶液黏度损失巨大。
  
  (C2\? L-')
  
  测试条件:85 t;剪切速率:36.69 s-1;各聚合物浓度都是1500 (mg ? L'1)
  
  图2Ca2+、Mg2*浓度对聚合物表观黏度的彩响2.2温度的影响_图3描述了聚合物表观黏度随温度的变化规 律,随温度的升高,各聚合物的表观黏度降低。主要 原因在于随温度升高,水化基团的水化作用减弱,分 子链流体力学体积减小,黏度下降。分别对XG和 XGA的黏度温度曲线按Arrhenius方程i = Aexp (AE/RT)进行线性拟合[5],得到XG,XGA溶液的 黏流活化能分别为12. 10 kj/m〇l,7.01kj/m〇l(相关 系数分别为〇。 999和0. 990),表明XGA的溶液黏 度对温度的敏感性要小于XG,即XG与AM接枝共 聚后耐温性明显提高。
  
  2.3老化时间的影响在有氧条件下,对XG和XGA的溶液进行高温 老化,考察其溶液黏度随老化时间的变化,结果如图 4所示,XG溶液的黏度随老化时间延长,黏度急剧 下降,而XGA溶液黏度表现出非常平缓的变化趋 势。虽然XG的初始黏度(10.28mPa ? s)高于XGA 的初始黏度(6.96mPa ? s),但溶液老化2d后其有 效黏度即低于XGA,随时间的延长,XG与XGA溶 液黏度差距增大。老化5d后,XG溶液的表观黏度 为4.78mP . S,为初始黏度的46.5%,而XGA溶液2009年第38卷80,s Ra60ar he s40的表观黏度为6.〇111?8*3,为初始黏度的86.2%,再 次表明XGA溶液的热稳定性强于XG。观察到 XGA溶液在老化过程中黏度出现略微增髙现象,可 能是因为聚丙烯酰胺侧链水解的原因。
  
  T/K?’0 00275 0 00280 0 00286 0 00290 0 00296 0 00300 0 00306■XG的温度曲线;[HXG的拟合方程线;_XGA的温度曲线;OXGA的拟合方程线 测试条件:前切速率:36.69s-1;聚合物浓度1500 (mg. L-1); 的质量 873 (mg. L-1)
  
  图3温度对聚合物黏度的影响(测试条件:85 X;剪切速率:36.69s — 1;聚合物浓度I500(mg . L一 hC^'Mg2?的质最浓度都是873 (mg. L — 1)
  
  图4老化时间对聚合物黏度的影响 2.4剪切影响逐渐增大聚合物溶液的剪切速率至最大值,然 后按相反过程逐渐减小剪切速率,聚合物溶液的黏 度变化曲线如图5。当剪切速率逐渐增大时,XG和 XGA溶液的表观黏度逐渐降低,属于宾汉流体的流 动曲线。这种剪切变稀行为是由于随着剪切速率的 增大,高分子链在溶液中顺流动方向进行分子取向 的结果。当剪切速率从最高点逐渐减小时,溶液表 观黏度逐渐恢复,但存在一定”滞后"现象,原因在 于当切应力减小时,溶液中大分子相互作用,重新形 成”结构”,但这种结构由于时间较短而无法完全恢 复,使黏度低于初始值。
  
  测试条件:85 t;聚合物浓度都是1500(rag . L_i) ;Ca2+ xMg2* 的质馕浓度都是873 mg ? L — 1图5剪切速率对聚合物溶液黏度的影响3结论1)XGA具有XG的耐盐特性,其溶液的表观黏 度随溶液中含盐量增大变化平稳。
  
  2)XGA溶液黏度对温度的依赖性小于XG〇
  
  3)XGA溶液高温老化后溶液黏度保留率(86.2 %)远超过XG(46. 5 %),在髙温下具有良好的黏 度稳定性。
 
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