反应型表面活性剂RCS-1...性聚丙烯酰胺的流变性能研究_赖小娟.pdf

第4 1卷 第3期 陕西科技大学学报 V o l.4 1N o.3 2 0 2 3年6月 J o u r n a l o fS h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y J u n.2 0 2 3*文章编号:2 0 9 6-3 9 8 X(2 0 2 3)0 3-0 0 7 9-0 6反应型表面活性剂R C S-1 0改性聚丙烯酰胺的流变性能研究赖小娟1,刘贵茹1,刘晓庆2,马永红3,何 平2,王 淼4,成 旭5,雷宇田5(1.陕西科技大学 教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西 西安 7 1 0 0 2 1;2.中国石油长庆油田分公司 油气工艺研究院,陕西 西安 7 1 0 0 2 1;3.青海油田诚信服务公司,甘肃酒泉 7 3 6 2 0 2;4.陕西纺织器材研究所有限责任公司,陕西 咸阳 7 1 2 0 0 0;5.中国石油长庆油田分公司 第十二采油厂,甘肃 庆阳 7 4 5 4 1 2)摘 要:以十八醇聚氧乙烯醚(A E O)和甲基丙烯酸异氰基乙酯(I EM)为原料合成了一种氨基甲酸酯表面活性剂(R C S-1 0),采用傅里叶变换红外光谱(F T I R)和核磁共振(1H-NMR)对其进行了表征,并在室温下通过表面张力法测得R C S-1 0的临界胶束浓度(CMC)为5.1 91 0-4m o l/L.此外,还将R C S-1 0与丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸和丙烯酸共聚合成了一种新型疏水缔合聚合物(RH P AM),并对其水溶液的流变性能进行了分析.结果表明,在1 2 0、剪切速率为1 7 0s-1的条件下,改性和未改性聚丙烯酰胺溶液的黏度保持率分别为9 7.7 3%和8 7.0 7%.由此可见,R C S-1 0的加入提高了聚丙烯酰胺的耐热性和抗剪切性,并提高了聚丙烯酰胺的储存和损耗模量,表明其结构稳定性得到了增强.因此,RH P AM在改善压裂液耐热性、抗剪切性和提高采收率方面具有很大的潜力.关键词:表面活性剂;聚丙烯酰胺;临界胶束浓度;黏度;流变性能中图分类号:T Q 6 3 0 文献标志码:AS t u d yo nr h e o l o g i c a l p r o p e r t i e so fp o l y a c r y l a m i d em o d i f i e db yr e a c t i v e s u r f a c t a n tR C S-1 0L A IX i a o-j u a n1,L I UG u i-r u1,L I UX i a o-q i n g2,MAY o n g-h o n g3,HEP i n g2,WANG M i a o4,CHE NGX u5,L E IY u-t i a n5(1.K e yL a b o r a t o r yo fA u x i l i a r yC h e m i s t r y&T e c h n o l o g yf o rC h e m i c a lI n d u s t r y,M i n i s t r yo fE d u c a t i o n,S h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i a n7 1 0 0 2 1,C h i n a;2.R e s e a r c hI n s t i t u t eo fo i l&G a sT e c h-n o l o g y,C h a n g q i n gO i l f i e l dB r a n c hC o m p a n yo fP e t r oC h i n a,X i a n7 1 0 0 2 1,C h i n a;3.Q i n g h a iO i l f i e l dI n t e g r i-t yS e r v i c eC o m p a n y,J i u q u a n7 3 6 2 0 2,C h i n a;4.S h a a n x iR e s e a r c hI n s t i t u t eo fT e x t i l eA c c e s s o r i e sC o.,L t d.,X i a n y a n g7 1 2 0 0 0,C h i n a;5.N o.1 2o i l p r o d u c t i o np l a n t,C h a n g q i n gO i l f i f i e l dB r a n c hC o m p a n yo fP e t r oC h i n a,Q i n g y a n g7 4 5 4 1 2,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,r e a c t i v ec a r b a m a t es u r f a c t a n t s(R C S-1 0)h a v eb e e ns y n t h e s i z e du s i n gs t e a r y l a l c o h o l p o l y o x y e t h y l e n e e t h e r(A E O)a n d2-i s o c y a n a t o e t h y lm e t h a c r y l a t e(I EM),a n dc h a r a c t e r i z e du s i n gF o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o m e t r y(F T I R)a n dn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e(1H-NMR).A n dt h ec r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n(CMC)o fR C S-1 0w a s5.1 9*收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 2基金项目:陕西省科技厅重点研发计划项目(2 0 2 1 G Y-2 3 7);陕西省外国专家服务计划项目(2 0 2 2WG Z J-2 7);陕西省教育厅服务地方专项科研计划项目(2 1 J C 0 0 5);陕西省西安市科技计划项目(2 1 X J Z Z 0 0 0 4)作者简介:赖小娟(1 9 8 4),女,江西吉水人,教授,博士,研究方向:功能高分子材料DOI:10.19481/ki.issn2096-398x.2023.03.017陕西科技大学学报第4 1卷1 0-4m o l/L,w h i c hw a sm e a s u r e db ys u r f a c e t e n s i o nm e t h o da t r o o mt e m p e r a t u r e.A d d i t i o n a l-l y,an o v e lh y d r o p h o b i c a l l ya s s o c i a t i v ep o l y m e rh a sb e e ns y n t h e s i z e db yc o p o l y m e r i z i n gR C S-1 0w i t ha c r y l a m i d e,2-a c r y l a m i d o-2-m e t h y l p r o p a n es u l f o n i ca c i d,a n da c r y l i ca c i d,a n dt h er h e o l o g i c a l p r o p e r t i e so f i t s a q u e o u s s o l u t i o nh a v eb e e na n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h em o d i f i e da n du n m o d i f i e dp o l y a c r y l a m i d e s o l u t i o n s e x h i b i t v i s c o s i t yr e t e n t i o n so f 9 7.7 3%a n d8 7.0 7%,r e s p e c t i v e l y,a t1 2 0 u n d e ras h e a rr a t eo f1 7 0s-1.T h u s,R C S-1 0p o l y m e r i z a t i o ni m p r o v e s t h eh e a t a n ds h e a r r e s i s t a n c e a n d t h e s t o r a g e a n d l o s sm o d u l i o f t h ep o l y a c r y l a m i d e,i n d i c a t i n gas t r u c t u r a l-s t a b i l i t ye n h a n c e m e n to np o l y m e r i z a t i o n.T h e r e f o r e,RH P AMe x h i b i t sh i g hp o t e n t i a l t o i m p r o v e t h eh e a t a n ds h e a r r e s i s t a n c eo f f r a c t u r i n g f l u i d s a n de n h a n c eo i l r e-c o v e r y.K e yw o r d s:s u r f a c t a n t;p o l y a c r y l a m i d e;c r i t i c a lm i c e l l e c o n c e n t r a t i o n;v i s c o s i t y;r h e o l o g i c a l p r o p e r-t i e s0 引言疏水缔合聚丙烯酰胺(H P AM)因其具有独特的流变性能,在众多科学研究和工业领域中被应用.近年来,人们对H P AM与表面活性剂的相互作用进行了一些研究1,2,研究表明,H P AM与表面活性剂在相互作用后,能显著改变聚合物水溶液的流变性能.单体、水、引发剂、表面活性剂是聚合反应的四大要素,虽然表面活性剂在聚合反应中用量很少,但它却起着非常重要的作用3,4.比如,表面活性剂会影响乳胶粒子和单体液滴的成核、预聚物的乳化、增强聚合物粒子和产物在聚合和储存过程中的稳定性5-7.胶束共聚合是制备疏水改性水溶性聚合物的常用方法.通过在水中加入适量的表面活性剂将疏水单体分散于水相中,与水溶性单体进行共聚.研究表明向体系中加入的传统表面活性剂会影响聚合物分子量的提高及其分布8.这是因为传统表面活性剂应用于聚合时不参与反应,在冻融循环或者高剪切力等一些外界作用下,表面活性剂容易从胶粒表面解吸脱落,会使胶乳变得不稳定.并且表面活性剂容易在膜中发生迁移,而使产品性能降低9-1 1.为解决传统表面活性剂对产品和环境带来的问题,研究者从多方面进行了探索,其中比较有前景的就是使用反应型表面活性剂1 2,1 3.近年来,反应型表面活性剂在乳液聚合中的性能和 应 用 得 到 了 广 泛 的 研 究.例 如,A r a m e n d i a等1 4利用原子力显微镜比较了传统表面活性剂和反应型表面活性剂在丙烯酸乳胶膜中的分布,发现反应型表面活性剂的使用是解决常规表面活性剂渗出的有效途径.Z h a n g等1 5比较了传统乳