探究接枝丙烯胺共聚物的支链结构与其性能的关系研究

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1、成都理工大学硕士学位论文接枝丙烯胺共聚物的支链结构与其性能的关系研究姓名：蒋留峰申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：钟传蓉20100501摘要接枝丙烯酰胺共聚物的支链结构与其性能的关系研究作者简介：蒋留峰，男，1983年03月生，师从成都理工大学钟传蓉教授，2010年06月毕业于成都理工大学化学工艺专业，获得工学硕士学位。摘要本文合成了具有不同聚氧乙烯醚（PEO）链长度的新型表面活性大分子单体4-乙烯苄基辛烷基酚聚氧乙烯醚(VEn，n=4、18、24)，采用自由基胶束聚合法合成了丙烯酰胺(AM)/VEn/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)

2、接枝共聚物PAAEn(n=4、18、24)。研究了各种反应条件对三种共聚物溶液增粘性能的影响，分别得到了PAAEn的适宜合成条件，并通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)1和核磁共振氢谱(H-NMR)对三种大单体及其共聚物进行了分子结构表征；研究了共聚物支链长度对其溶液性能、粘弹性能和溶液中微观缔合结构的影响。结果表明，三种共聚物与超高分子量部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)比较分子量低，在纯水和盐水中均表现了疏水缔合行为，临界缔合浓度均为0.10g/dL；均有良好的溶解性、增粘、耐温、抗盐、抗剪切、粘弹和表、界面活性等溶液性能，并且支链长度最短的PAAE4的溶液

3、性能最好。苄基辛烷基酚聚氧乙烯醚支链不但增强了整个分子链的刚性，而且表现了耐温抗盐的功能团效应。+2+三种共聚物在纯水和含Na、Ca的盐水中均具有良好的增粘能力。0.20g/dLPAAE4、PAAE18和PAAE24在纯水中的溶液粘度分别为1658mPa·s、1546mPa·s和1090mPa·s；在5000mg/LNaCl盐水溶液中，这三种溶液的粘度分别为1233mPa·s、1167mPa·s和685mPa·s。在5000～150000mg/LNaCl浓度范围内，分+子间缔合作用以及PEO中C—O键与Na的络合作用，使PAAE4和PAAE18表现出良好的抗

4、盐性能和两次显著的盐增稠效应，即使当NaCl浓度为90000mg/L时，溶液粘度仍然分别高达350mPa·s和338mPa·s。由于PAAE24大分子长支链上过多的氧乙烯醚削弱了支链末端疏水基团的分子间缔合作用，PAAE24的盐增稠效应不太明显，但于90000mg/LNaCl盐水中其溶液粘度仍然高达172mPa·s，这表明PAAEn具有良好的抗盐性能，且PAAE4最好。三种共聚物在5000mg/L和90000mg/LNaCl盐水中的粘度分别高于目前文献报道的HPAM及改性丙烯酰胺共聚物的粘度，这些共聚物在两种盐水中的粘度分别不高于500mPa·s和50I成都

5、理工大学硕士学位论文mPa·s。在40000mg/LCaCl2盐水溶液中，抗盐性能最差的0.20g/dLPAAE24的o-1溶液粘度也能达到55mPa·s。以上粘度的测定条件为30C和7.34s。o在20～85C范围内，分子间缔合作用和PEO与水的氢键作用使0.20g/dLPAAE4和PAAE18于5000mg/LNaCl溶液中表现出显著的两次热增稠行为，且oo在25C时的溶液粘度最高，分别为1343mPa·s和1304mPa·s，在85C时，两种溶液的粘度仍然分别高达700mPa·s和685mPa·s，显示了优良的耐温性能。o这两种共聚物溶液具有良好的抗老

6、化性能，于45C老化45天后，溶液粘度分别为374mPa·s和253mPa·s，粘度保留率分别为30%和21%，其抗老化性能均优于分子量为2500万、水解度为25%的HPAM的抗老化性能（粘度保留率为14%）。结果表明，PAAE4的耐温和抗老化性能最好。在剪切作用下，适当的剪切作用使PAAEn分子链受到拉伸，促进了分子链间的缔合作用，溶液表现出明显的剪切增稠现象，较高剪切速率下随剪切速率的增加，溶液粘度急剧下降，且共聚物支链长度越长，其溶液粘度下降越缓慢；在高剪切速率时，大分子链在流场中取向，溶液表观粘度逐渐降低直至趋于稳定。剪切回复实验说明该共聚物具有触变

7、性，分子链在连续剪切过程中化学结构未被破坏，显示了PAAEn具有优异的抗剪切性能。动态粘弹性能研究表明，0.20g/dLPAAEn的弹性模量（G′）和粘性模量（G″）在纯水和5000mg/LNaCl盐水中均随角频率和聚合物浓度的增加而增大，共聚物浓度越高，溶液弹性特征越明显，而且PAAE4在纯水和盐水中的粘弹性能均最好，其纯水和盐水溶液在0.15g/dL及其以上的聚合物浓度时均主要显示弹性行为。NaCl浓度从50000mg/L增加到90000mg/L，PAAEn溶液中的G′和G″均增大，NaCl浓度从20000mg/L增加到30000mg/L，只有PAAE4

8、和PAAE18溶液中的G′和G″升高，而PAAE24