丙烯酰胺类均聚物的制备及其在采油中的应用

王林

摘 要：本文主要通过单电子转移活性自由基聚合法来对新型丙烯酰胺类均聚物进行制备，在此过程中进一步优化了聚合条件，并且研究均聚物的乳化作用，并且获得最优聚合条件。

关键词：丙烯酰胺类聚合物;水溶性聚合物;乳化性能;制备

1 丙烯酰胺类均聚物在石油工程当中的意义和实验方法

伴随当前各国石油资源的需求量进一步增加，当前我国石油开采已经逐步进入了高含水期，这会造成油田在开采的过程中产量进一步减少，而且开采难度会加大，在原油开采的时候通过使用聚丙烯酰胺类均聚物，能够让油水流速比和表面活性剂的热稳定性提高，让原油开采率提高。当前在进行聚合工业生产的过程中，主要通过原子转移自由基聚合法。这种方法在使用的过程中会出现一定的缺陷，需要一种简单易行的合成方式进行聚丙烯酰胺聚合物的生产。在此过程中单电子转移活性自由基聚合的方法应运而生，具有较多的优势。本文主要通过单电子转移活性自由基聚合法对丙烯酰胺聚合物进行合成，首先通过甲酸二乙三胺以及甲醛进行N，N，N′，N″，N″-五甲基二亚乙基三胺配体（化合物1）的制备。接着根据相应的比例进行丙烯酰胺聚合单体的配置，通过溴化β-环糊精为引发剂，N，N，N′，N″，N″-五甲基二亚乙基三胺配体（化合物1）混合进行丙烯酰胺类均聚物（化合物2）的配置。其结构通过HNMR和FT-IR进行表征。PDI值以及分子量通过凝胶渗透色谱来进行确认。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

在实验的过程中使用的主要仪器为红外分光光度计、核磁共振仪以及凝胶渗透色谱仪等。使用的主要试剂是实验室自制三蒸水、蒸馏水和其他相关分析纯级试剂。

2.2 制备

2.2.1 化合物1的合成

在制备的过程中首先将3.69克二乙三胺加入到反应瓶当中，接着进行10毫升甲酸的滴加，完成滴加工作之后，将温度上升至120摄氏度，缓慢的加入16.5毫升的甲醛，完成滴加工作之后进行8小时的反应，接着将其进行冷却，使其温度达到75摄氏度，接着将氢氧化钠溶液加入其中，快速进行搅拌，让反应瓶当中出现一些白色固体，对上层溶液进行收集，通过氢氧化钾进行干燥而获得淡黄色液体。最后将其蒸干，而获得化合物1。

2.2.2 化合物2的合成

在反应瓶当中依次将催化剂、丙烯酰胺聚合单体以及N，N，N′，N″，N″-五甲基二亚乙基三胺配体（化合物1）加入其中。进行均匀的搅拌，并且将氮气通入。在30分钟之后将引发剂溴化β-环糊精加入其中。进行单电子转移活性自由基聚合反应，并且进行相关的取样分析。通过分析发现，化合物2的数均分子量（Mn）达到了128065。

3 結果与讨论

3.1 探究最佳制备条件

为了对化合物2获取过程中最佳制备条件进行分析，对催化剂用量和引发剂的用量进行研究。

3.1.1 温度的影响

分析研究聚合温度对Mn的影响，可以发现在温度升高的条件下，Mn的整体出现上升的状态，在45摄氏度和25摄氏度的时候，Mn的差距不大，但是25摄氏度属于室温环境，在操作的过程中更容易实现，所以对反应温度进行确认为25摄氏度。

3.1.2 反应时间的影响

确定反应温度为25摄氏度，其余条件不变的情况下，对反应时间影响均聚物Mn的条件情况进行分析，可以发现在反应时间延长的条件下，Mn的整体出现不断增长的状态，在进行一小时的初始反应之后，分子量进一步增长。在聚合时间进一步延长的条件下，聚合单体浓度进一步下降，在进行两小时聚合后达到最大。

3.1.3 催化剂的影响

分析研究催化剂用量影响均聚物Mn的情况，可以发现让催化剂用量增加，能够缩短聚合反应时间，曲线处于对数分布的状态，催化剂的用量在3mg的状态下效果最好。

3.1.4 溶剂的影响

对乙醇、水二甲亚砜、二甲基乙酰胺等溶剂在单电子转移活性自由基聚合反应过程的影响情况进行分析，通过实验结果发现溶剂会直接影响聚合反应的效果，在通过二甲亚砜和水作为溶剂的过程中，聚合反应能够有效的完成，而二甲基乙酰胺以及乙醇作为溶剂的过程中无法进行聚合反应，所以在实验的过程中使用的溶剂最为合适的为二甲亚砜和水，主要是因为水和二甲亚砜具有较大的极性，可以较好的保证聚合原料的溶解度，对后处理和生产成本进行综合分析可以发现水作为反应溶剂更为合适。

3.2 探究丙烯酰氨类均聚物对石油的乳化性能

在丙烯酰氨类均聚物表面活性剂复合体系当中，乳化性能是进行三次采油过程中的重要参考指标。化合物2表面活性剂复合体系在产生乳状液态之后，可以让界面接触面积进一步提高，因为微乳液体系能够具有一定的增容能力，可以让原油采收率大幅度提高。相比于单独的新型化表面活性剂均添加均聚物后，体系当中的t值更小，在增加均聚物分子量的条件下，体系乳化性能进一步变差，t值逐步变小，主要是由于丙烯酰氨均聚物让体系的粘度增加，从而让表面活性剂从水扩散到油当中的速率变慢，增加了超低界面张力的时间。

4 结束语

通过单电子转移活性自由基聚合的方式进行新型丙烯酰胺类聚合物制备的过程中可以发现，在溶剂方面选水为溶剂，适当让反应温度增加，让反应时间延长，合理的使用催化剂的用量可以让聚合反应加快。

参考文献：

[1]丁伟.丙烯酰胺类聚合物合成及性能研究[D].大庆：大庆石油学院，2006.