石油化工2005年第34卷第5期PETROCHEMICAL TECHNOLOGY437甲基丙烯磺酸鈉-N,N-二甲基丙烯酰胺丙烯酰胺耐溫抗鹽共聚物的合成顧民,呂靜蘭,李偉,韓淑蘭(中國石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京100013)[摘要]采用甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、丙烯酰胺(AM)為原料合成耐溫抗鹽驅油共聚物,研究影響共聚反應的各種因素和變化規(guī)律,討論功能性單體的種類和含量對共聚物性能的影響確定合理的聚合工藝條件。實驗結果表明,在共聚反應溫度為50℃、共聚反應時間為8h、引發(fā)劑質量分數(shù)(占單體質量)為0.07%、共聚單體中AM質量分數(shù)為82%SMAS質量分數(shù)為12%、DMAM質量分數(shù)為6%的條件下,合成的三元共聚物具有優(yōu)異的溶解性能、耐溫性能和抗鹽性能[關鍵詞]甲基丙烯磺酸鈉;N,N-二甲基丙烯酰胺;丙烯酰胺;三元共聚物;耐溫性;抗鹽性;驅油文章編號]1000-8144(2005)05-0437-04[中圖分類號]TQ36.334[文獻標識碼]A聚丙烯酰胺及其衍生物近年來廣泛地應用于石液,調至合適的pH,在一定溫度下進行磺化反應。油工業(yè)的三次采油中,成為提高石油采收率的重要反應后,蒸出未反應的甲基氯丙烯,減壓蒸發(fā)濃縮后手段。我國每年都需要大量的驅油劑來提高石油的過濾,得到SMAS的粗制品,再將粗制品在適當?shù)牟墒章?,但目前使用的驅油劑中高相對分子質條件下重結晶精制后得到符合聚合要求的SMAS量的聚丙烯酰胺(HPAM)在實際使用中存在許多不聚合釜中加入AM,DMAM,SMAS,用去離子足,主要是聚合物的耐溫、抗鹽能力差,尤其是在石水調節(jié)到適宜濃度。將共聚溶液調至所需pH,在油中含有高價金屬離子時,易發(fā)生相分離,致使水溶定溫度下通入氮氣,加入預先配制的引發(fā)劑,調節(jié)溫液的粘度及驅油效果大幅度降低,不適應于高溫、高度控制適宜的誘導期,聚合一定時間后,降溫、出料鹽地層。據(jù)文獻-3報道,在聚合物分子中引入龐切割、干燥、粉碎得到共聚物產品。大側基、帶電基團、含磺酸基單體、疏水基單體或采1.3共聚物的性能測試用微交聯(lián)等功能性改性方法均為提高聚合物耐溫、表觀粘度(η)的測定:用模擬油田礦場水(總抗鹽性能的有效途徑但一些功能性單體價格昂貴,礦化度2×10mgL,其中Ca2的質量濃度為500導致石油開采成本過高。mg/L,Mg2的質量濃度為200mg/L,其余為Na本工作釆用價格低廉、來源易得的陰離子單體和CI)配制出共聚物溶液,采用 Bruker儀器公司甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)、具有側基效應的N,N-的 Model dⅤ-Ⅱ型 Brookfield旋轉粘度計測定共聚二甲基丙烯酰胺(DMAM)與丙烯酰胺(AM)共聚物的表觀粘度;特性粘數(shù)([v])的測定:用烏氏粘度合成了SMAS-DMAM-AM三元共聚物。通過共計測定共聚物的特性粘數(shù)測定溫度30℃;抗鹽粘聚物中的磺酸基團和高分子鏈側基的協(xié)同作用,提度保留率(R3)和耐溫粘度保留率(R3)的測定:把共高共聚物的耐溫、抗鹽性能。聚物試樣分別溶于去離子水和模擬礦場水中配制成1實驗部分質量濃度為1.5gL的溶液,測定其表觀粘度,用式(1)和式(2)分別計算R和Rb。采用全華精密股份1.1原料有限公司生產的 CONSORT多功能試驗分析儀測甲基氯丙烯:工業(yè)級,淄博澳納斯化工有限公定聚合物的溶解性能;采用電導法測定聚合物的溶司;亞硫酸鈉:工業(yè)級,北京化學試劑公司;AM:工解速業(yè)級,山東東營順工化工公司;DMAM:化學純,百中國煤化工靈威化學試劑公司;過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉:分析純CNMHG2005-01-31[作者簡介」),男,江辦省辦州市人,碩土,高級工程北京化學試劑公司師,電話010-642l6131-2548,電郵gumIn@bni.ac.cna12三元共聚物的合成[基金項目]中國石油化工股份有限公司科學技術研究開發(fā)項目在反應釜中加入甲基氯丙烯和亞硫酸鈉的水溶(20002)石油化工438PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷R=(礦場水中)×100%轉化率隨共聚反應溫度的變化越平緩,出現(xiàn)高單體轉化率的溫度范圍越寬;這是由于當引發(fā)劑含量低=2(70℃100%時,共聚反應溫度對共聚反應速率影響比較大;引發(fā)劑含量高時,共聚反應溫度對共聚反應速率影響比單體轉化率(X)的測定:共聚物溶液中加入過量較小。由圖2還可看出,共聚反應溫度過高時,單體的溴酸鉀-溴化鉀溶液,反應完畢后,用過量的碘化轉化率減小,這是由于共聚反應溫度過高時,體系的鉀還原未反應的溴,以淀粉為指示劑,用硫代硫酸鈉粘度增大,影響共聚單體的擴散,導致單體轉化率返滴定,測定雙鍵含量,用式(3)計算單體轉化率。降低。x=w(初始雙鍵)-W(殘余雙鍵w(初始雙鍵)100%(3)972結果與討論2.1共聚反應時間的影響在單體投料量AM質量分數(shù)為82%、SMAS質量分數(shù)為12%、DMAM質量分數(shù)為6%、引發(fā)劑質量分數(shù)(占單體質量)為0.07%、共聚反應溫度℃、pH為7的條件下,考察共聚反應時間對單體0020040060080.100.120.140.160.18020轉化率和三元共聚物表觀粘度的影響,實驗結果見圖2引發(fā)劑含量和共聚反應溫度對單體轉化率的影響圖1。由圖1可看出,共聚反應初期,隨共聚反應時Fig 2 Effects of mass fraction of initiator and間的延長,單體轉化率逐漸增加;繼續(xù)延長共聚反應polymerization temperature on monomer conversion時間,單體轉化率趨向平穩(wěn)。當共聚反應時間為8h時,單體轉化率達97%以上。300圖3引發(fā)劑含量和共聚反應溫度對三元共聚物表觀粘度的影響Fig 3 Effects of mass fraction of initiator and terpolymerizationmperature on apparent viscosity of terpolymer.圖I共聚反應時間對單體轉化率和三元共聚物表觀粘度的影響Fig 1 Effects of terpolymerization time on monomer conversion由圖3可見,在較低共聚反應溫度(30℃和40℃)時,三元共聚物的表觀粘度隨引發(fā)劑含量的2引發(fā)劑含量和共聚反應溫度的影響增加和共聚反應溫度的升高而減小;在較高共聚反在單體投料量AM質量分數(shù)為82%、SMAS質應溫度(50℃和60℃)時,表觀粘度隨引發(fā)劑含量量分數(shù)為12%、DMAM質量分數(shù)為6%、共聚反應的增加而減小,隨共聚反應溫度的升高而增大;同溫度50℃、共聚反應時間8h、pH為7的條件下,考引發(fā)劑含量下,40℃時表觀粘度最小。由此可見察引發(fā)劑含量共聚反應溫度對單體轉化率和三元三元共魔物的表觀粘度不僅與大分子鏈長有關,還共聚物表觀粘度的影響,實驗結果見圖2和圖3。與中國煤化工在較低的共聚反應由圖2可看出單體轉化率隨引發(fā)劑含量的增加而溫度CNMHG時,引發(fā)劑的分解速增加,然后趨于平緩并略有減小;引發(fā)劑含量較低率加快、引發(fā)效率提高,導致生成的共聚物分子鏈長時,單體轉化率隨共聚反應溫度的變化較大,出現(xiàn)高減小;而在較高的共聚反應溫度范圍內,升高共聚反單體轉化率的溫度范圍較窄;引發(fā)劑含量越高,單體應溫度主要提高單體的聚合活性,尤其是提高具有第5期顧民等甲基丙烯磺酸鈉一N,N-二甲基丙烯酰膠一丙烯酰胺耐溫抗鹽共聚物的合成49龐大側基的DMAM的聚合活性,共聚物的表觀粘表1。由表1可看出,隨DMAM含量的增加和度增加。因此較佳的引發(fā)劑質量分數(shù)為0.07%(占SMAS的含量減少,三元共聚物的特性粘數(shù)增加。單體質量),較佳的共聚反應溫度為50℃。這是由于線性高分子鏈上所含的側基的比例增加2.3SMAS結晶性質的影響導致鏈-鏈間距離增大,大分子鏈得到充分伸展。三元共聚物中采用的SMAS是由甲基氯丙烯當DMAM含量過高時,三元共聚物的溶解速率減和亞硫酸鈉在一定pH的磺化反應溶液中合成的,慢;隨SMAS含量的增加,三元共聚物的溶解速率合成反應中采用的磺化反應溶液的pH不同,得到加快。這說明,在聚丙烯酰胺高分子鏈中,引人的SMAS的結晶性質及對共聚反應的影響也不同。SMAS和DMAM功能性基團時,高分子鏈受高分SMAS的X射線衍射峰強度()與銳鈦型TO2的子鏈段間的靜電斥力、氫鍵作用和空間位阻等因素(101)晶面的X射線衍射峰的強度(l0)的比值的影響,其在水溶液中的構象發(fā)生顯著的變化。(:l)及單體轉化率與磺化反應溶液的pH的關系見圖4。從圖4可看出,隨磺化反應溶液的pH的增加,制得的SMAS的XRD譜圖中2值為7.04處的衍射峰的強度增加,即SMAS的結晶狀態(tài)和晶胞更加規(guī)整,但堿性過強的溶液對SMAS的晶形不利。從圖4可看出,磺化反應溶液的pH對三元共聚物的單體轉化率的影響較大。隨磺化反應溶液的pH的增加,單體轉化率先增加后減小,說明SMAS的結晶狀態(tài)對共聚反應的影響較大。2.4SMAS和DMAM含量對三元共聚物耐溫、抗鹽性能的影響圖4磺化反應溶液pH對SMAS結晶性質和單體轉化率的影響保持AM含量不變,考察SMAS和DMAM含F(xiàn)ig 4 Effects of sulfonation solution pH on crystal property of量對三元共聚物耐溫、抗鹽性能的影響,實驗結果見SMAS and monomer conversion表1單體含量對共聚物性質的影響Table 1 Effect of monomer mass fraction on properties of terpolymerw( AM).%w(SMAS),w(DMAM),% [n//(dL.g")t/minRR,,%12.813.42222263036925814.53127.788.03I: Solution time, min R,: salt tolerant viscosity retention ratio, % R,: heat resistant viscosity retention ratio,由表1可看出,隨SMAS含量的增加,三元共高溫、高鹽溶液中的保持程度。綜合考慮共聚物的聚物的R增加;隨DMAM含量的增加,三元共聚各種性能,適宜的單體質量分數(shù)分別為:AM82%,物的R增加,抗鹽性能增強。這說明兩種功能性單SMAS12%,DMAM6%。體在高分子鏈中所產生的作用是有差異的,在二若3結論含量適宜時,可表現(xiàn)出最佳的耐溫和抗鹽性能。實驗結果表明,SMAS具有反應活性強、分散性好的特中國煤化工應,合成了SMAS點,而DMAM的加入有利于提高溶液的抗鹽性能、DM了共聚反應工藝參穩(wěn)定粘度及協(xié)同作用。這說明三元共聚物中的磺酸數(shù)對CNMHG基團和DMAM側基產生良好的水化作用、空間位(2)功能性單體的引入對三元共聚物的性能有阻效應和適宜的疏水作用、靜電排斥作用,保持原有明顯改善。選擇并控制不同單體的含量,可以獲得的長分子主鏈的伸展程度,最終增強了溶液粘度在不同特性的三元共聚物。石油化工440PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷(3)確定了適宜的聚合工藝參數(shù):共聚反應溫2 Dennis G P, Robert D L Novel Polyampholyte Compositions Pos-度為50℃,共聚反應時間為8h,引發(fā)劑質量分數(shù)sessing High Degrees of Acid, Base, or Salt Tolerance in Solution占單體質量)為0.07%,AM質量分數(shù)為82%,US Pat Appl, US 4710555 19873王中華.國內油田用水溶性AMPS共聚物油田化學,1999,6SMAS質量分數(shù)為12%,DMAM質量分數(shù)為6%。(1):81~85李季,呂茂森,劉建紅等.驅油用耐溫抗鹽三元共聚物ZYS性能評價.油田化學,1999,16(3):258~2601 Taker, Martin F d. Associative Behavior of Hydrophilically Modified5金勇黃榮華丙烯酰胺-丙烯酸甲酯-2-丙烯酰胺基-2-甲Ampholytic Acrylamide lonomers Polym Prepr, 1981, 22(2): 14-17基丙磺酸共聚物的合成及表征合成化學,1995,3(3):231-234Synthesis of Heat Resistant and Salt Tolerant Terpolymer ofSodium Methyl Acryl Sulfonate -N, N-Dimethylacrylamide- AcrylamideGu Min, Li Jinglan, Li Wei, Han ShulanBeijing Research Institute of Chemical Industry, SINOPEC, Beijing 100013, ChinaAbstract Terpolymer of sodium methyl acryl sulfonate-N, N-dimethylacrylamide -acrylamide( SMasDMAM-AM)was synthesized by terpolymerization in aqueous solution. Factors effecting terpolymerization andproperties of terpolymer namely resistance to high temperature and tolerance to high salt content were investigated. The terpolymer had good tolerance to high salt content and high temperature. Optimal synthesis conditionsation temperature 50℃terpolymerization time 8 h, and mass fractions of initiator, AM, SMASand DMAM 0. 07%, 82%, 12% and 6%, respectivelyI Keywords] sodium methyl acryl sulfonate; N, N-dimethylacrylamide; acrylamide; terpolymer; heat tolerancesalt resistance; enhanced oil recovery(編輯段曉芳)·技術動態(tài)大慶石化公司研究院完成7項專用料科研成果可用于透明片、型材、管材及異型材等制品;發(fā)泡助劑ACR由中國石油大慶石化公司研究院完成的7項專用料科樹脂有兩個牌號,可用于不同檔次的PVC管材、板材等發(fā)泡研成果通過了中國石油股份公司的驗收。這些成果對塑料制品;采用種子聚合制備抗沖助劑ACR技術具有自主知識產品的開發(fā)與應用具有重要意義產權。PVC系列加工助劑ACR樹脂制備技術已建成3k這7項課題均為中國石油股份公司的科研項目,分別為工業(yè)化生產裝置,產品的抗沖性能和耐候性能優(yōu)異,可廣泛PPR管材專用料開發(fā)、摻混制寬峰高相對分子質量高密度聚用于戶外高強度型材及管材制品。乙烯( HMWHDPE)專用料的開發(fā)探索、超韌增強聚烯烴專用料開發(fā)、無鹵阻燃聚烯烴專用料研制、聚丙烯冷水管專用料開華東理工大學超韌性工程塑料通過鑒定發(fā)、塑料含氟改性劑中試放大研究和聚烯烴催化劑開發(fā)。華東理工大學研發(fā)的“反應擠出超韌性工程塑料”項目,通過了由上海市科委主持召開的鑒定。該項目是上海市齊魯石化公司PⅤC加工助劑通過鑒定重點攻關項目,采用雙螺桿低溫固相共混和反應擠出工藝由齊魯石化公司研究院承擔的聚氯乙烯(PVC)用丙烯中國煤化工制成功一種新型高分子酸酯類(ACR)加工助劑工業(yè)試驗,通過了中國石化集團公合CNMH司鑒定超韌性工程塑料,具有可齊魯石化公司研究院從2001年開始至2004年,該項目機械加工和低成本的特點使用該材料已成功地試制了轎車研制開發(fā)并工業(yè)生產了3大類、多個牌號的PVC加工助緩沖件和防護頭盔。用戶使用和測試結果證明,防護頭盔性ACR樹脂產品。其中,加工助劑型ACR樹脂有3個牌號,能優(yōu)良,具有良好的應用前景。