CN108752505A - 一种疏水改性超支化聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚合物技术领域，公开了一种疏水改性超支化聚合物及其制备方法，采用光引发自由基胶束聚合的方法制备：在含有丙烯酰胺、丙烯酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、超支化改性单体等水溶性单体的水溶液中，加入表面活性剂十二烷基硫酸钠以及N‑苄基‑N‑烷基(甲基)丙烯酰胺，利用表面活性剂将疏水单体增溶在其形成的胶束中，通过光引发的方式，将疏水单体与水溶性单体共聚。本发明制备得到的产品具有良好的溶解性，较强的增黏能力，良好的耐温抗盐性能，以及较好的抗剪切性能，拟用作提高原油采收率的驱油剂或酸化压裂增稠剂，具有广阔的应用前景。

Description

一种疏水改性超支化聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物技术领域，尤其涉及一种疏水改性超支化聚合物及其制备方法。
背景技术
经过几十年的发展，聚合物已广泛应用于一系列适应不同油藏条件的油井钻探、控水稳油以及酸化压裂的有效技术中。然而在油田实际应用中，聚合物存在严重的降解问题，包括机械降解、热降解、化学降解以及微生物降解等。
目前，提高聚合物的性能的主要途径有：
(1)采用丙烯酰胺与带有耐温抗盐性能结构(如磺酸基、刚性基团、季铵盐阳离子等)的功能单体共聚，制备耐温抗盐聚合物。陈世兰等报道采用反相乳液聚合法，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基-2-吡咯烷酮为单体,煤油为油相,司班-80和吐温-60为乳化剂,过硫酸钾和亚硫酸氢钠为引发剂制备共聚物，聚合物溶液表现出较强的耐温抗盐能力(陈世兰等，反相乳液聚合法制备耐温抗盐丙烯酰胺聚合物[J],应用化工，2017(8))，但合成方法复杂且N-乙烯基-2-吡咯烷酮竞聚率较低，难以与丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等发生共聚反应。
(2)在聚合物亲水性大分子链上带有少量疏水基团，制备疏水缔合聚合物。专利CN106397694报道一种抗高盐梳型嵌段疏水缔合聚合物，大分子之间的氢键与疏水缔合等分子间作用力，使聚合物溶液具有超分子结构，提高了聚合物的耐温抗盐、抗剪切能力，但仍在一定程度上存在耐水解性及抗老化性能较差的问题。
(3)在聚合中加入双乙烯基或双丙烯基单体，使共聚物大分子出现微交联结构，制备微交联聚合物。专利CN102408518报道一种微交联驱油用聚合物，在丙烯酰胺共聚物中引入双乙烯基单体，从而提高聚丙烯酰胺的耐温抗盐性能。然而双乙烯基或双丙烯基单体加量不易控制，过低聚合物增黏效果不明显，过高聚合物溶解困难。
(4)以末端修饰烯键的超支化聚合物为母核与丙烯酰胺等共聚制备超支化聚合物。专利CN103865008报道了一种聚酰胺-胺杂化纳米二氧化硅超支化聚合物，将功能化聚酰胺-胺杂化纳米二氧化硅单体与丙烯酰胺、丙烯酸、耐温抗盐性单体，以氧化还原引发剂或偶氮二异丁脒引发剂引发聚合，该超支化聚合物表现出优异的抗剪切性能、耐温性能，但聚合物的增黏及抗盐性能仍不理想。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有提高聚合物的性能的方法存在合成方法复杂且N-乙烯基-2-吡咯烷酮竞聚率较低，难以与丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等发生共聚反应；存在耐水解性及抗老化性能较差的问题；双乙烯基或双丙烯基单体加量不易控制，过低聚合物增黏效果不明显，过高聚合物溶解困难；聚合物的增黏及抗盐性能仍不理想。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种疏水改性超支化聚合物及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种疏水改性超支化聚合物，所述疏水改性超支化聚合物的分子式为：
式中，x，y，z，m为结构单元百分数，x为75～85％，y为10～20％，z为0～5％，m为0.05～0.2％，x+y+z+m＝1；a为结构单元数，a为7，9，11，13或15；R为CH3或H；聚合物粘均分子量为100～900万。
本发明的另一目的在于提供一种所述疏水改性超支化聚合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一，在去离子水中加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和超支化改性单体，搅拌均匀，用氢氧化钠调节pH值为7，再加入疏水单体N-苄基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺和表面活性剂十二烷基硫酸钠，磁力搅拌至溶液澄清透明；
步骤二，通惰性气体除去水中的溶解氧15分钟；
步骤三，加入光引发剂，将反应体系置于光引发装置下反应3～5小时，反应温度为10～30℃，得到白色胶体，即为疏水改性超支化聚合物。
进一步，所述光引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(v50)或2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)。
本发明的疏水改性超支化聚合物，制备过程为光引发水相自由基胶束聚合，条件温和、操作简单，制备得到的产品具有良好的溶解性，较强的增黏能力，良好的耐温抗盐性能，以及较好的抗剪切性能，拟用作提高原油采收率的驱油剂或酸化压裂增稠剂，具有广阔的应用前景。本发明的制备方法原理真实可靠，操作简便，制备的疏水改性超支化聚合物表现出优异的增黏性，1000mg/L时聚合物溶液黏度达到253.4mPa.s，2000mg/L时达到682.4mPa.s；90℃条件下，黏度保留率仍可保持在60％以上，表现出很好的耐温性能；随NaCl的升高，聚合物的表观黏度呈现出先降低后升高再降低的趋势，盐增稠的区域较宽，并且20×104mg/LNaCl条件下黏度保留率仍可以保持在10％以上抗盐能力，表现出良好的；在90℃，170s-1条件下，黏度保留率仍在10％以上，表现出良好的抗剪切性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的聚合物的黏度-浓度关系曲线示意图。
图2是本发明实施例提供的聚合物的黏度-温度关系曲线示意图。
图3是本发明实施例提供的聚合物的黏度-NaCl浓度关系曲线示意图。
图4是本发明实施例提供的合物黏度-剪切速率关系曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的疏水改性超支化聚合物的分子式为：
式中，x，y，z，m为结构单元百分数，x为75～85％，y为10～20％，z为0～5％，m为0.05～0.2％，x+y+z+m＝1；a为结构单元数，a为7，9，11，13或15；R为CH3或H；聚合物粘均分子量为100～900万。
如图1所示，本发明实施例提供的疏水改性超支化聚合物的制备方法包括以下步骤：
S101：在去离子水中加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和超支化改性单体，搅拌均匀，用氢氧化钠调节pH值为7，再加入疏水单体N-苄基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺和表面活性剂十二烷基硫酸钠，磁力搅拌至溶液澄清透明；
S102：通惰性气体除去水中的溶解氧15分钟；
S103：加入光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，将反应体系置于光引发装置下反应3～5小时，反应温度为10～30℃，得到白色胶体，即为疏水改性超支化聚合物。
在本发明的优选实施例中：光引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(v50)或2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
一、疏水改性超支化聚合物的制备
实施例一：
称取10g丙烯酰胺、2.5g丙烯酸、0.01g超支化改性单体，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加0.2gN-苄基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺和0.7g十二烷基硫酸钠，再加一定量蒸馏水，使溶液质量达到50g，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入引发剂Irgacure2959(单体总质量的0.016wt％)，置于光引发装置下，反应4h。
实施例二：
称取9.9g丙烯酰胺、1.6g丙烯酸、1.0g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.01g超支化改性单体，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加0.2gN-苄基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺和0.7g十二烷基硫酸钠，再加一定量蒸馏水，使溶液质量达到50g，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入引发剂Irgacure2959(单体总质量的0.016wt％)，置于光引发装置下，反应4h。
实施例三：
称取10g丙烯酰胺、2.5g丙烯酸、0.01g超支化改性单体，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加0.2gN-苄基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺和0.7g十二烷基硫酸钠，再加一定量蒸馏水，使溶液质量达到50g，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入光引发剂V50(单体总质量的0.1wt％)，置于光引发装置下，反应4h。
实施例四：
称取9.9g丙烯酰胺、1.6g丙烯酸、1.0g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.01g超支化改性单体，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加0.2gN-苄基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺和0.7g十二烷基硫酸钠，再加一定量蒸馏水，使溶液质量达到50g，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入光引发剂v50(单体总质量的0.1wt％)，置于光引发装置下，反应4h。
二、疏水改性超支化聚合物的增黏性能
将实施例一的聚合物，配制成不同浓度的聚合物溶液。在30℃、剪切速度为7.34s-1的条件下，测得聚合物的黏度-浓度关系曲线(如图1所示)。从图1中可以看出，聚合物疏水缔合作用强，增黏效果明显，1000mg/L时聚合物溶液黏度达到253.4mPa.s，2000mg/L时聚合物溶液黏度达到682.4mPa.s。
三、疏水改性超支化聚合物的耐温性能
对实施例一的聚合物进行耐温性能研究。将聚合物配制成1000mg/L的溶液，在30℃、剪切速度为7.34s-1的条件下，测定聚合物溶液的表观黏度随温度的变化关系(如图2所示)。从图2中可以看出，随温度的升高，聚合物的表观黏度逐渐降低，但即使在90℃条件下，聚合物溶液的黏度保留率仍可以保持在60％以上，表现出很好的耐温性能。
四、疏水改性超支化聚合物的抗盐性能
对实施例一的聚合物进行抗盐性能研究。将聚合物在不同NaCl浓度下配制成1000mg/L的溶液。在30℃、剪切速度为7.34s-1的条件下，测定聚合物溶液的表观黏度随NaCl浓度的变化关系(如图3所示)。从图3中可以看出，随NaCl的升高，聚合物的表观黏度呈现出先降低后升高再降低的趋势，盐增稠的区域较宽，并且在高矿化度(20×104mg/LNaCl)下黏度保留率仍可以保持在10％以上，表现出很好的抗盐性能。
五、疏水改性超支化聚合物的抗剪切性能
对实施例一的聚合物进行抗剪切性能研究。将聚合物配制成1000mg/L的溶液。在不同温度、不同剪切速度下剪切120s，测定聚合物溶液的表观黏度随温度、剪切速率的变化关系(如图4所示)。从图4中可以看出，随着温度、剪切速率的增加，聚合物溶液的黏度不断降低，但在90℃，170s-1条件下，黏度保留率仍在10％以上，表现出良好的抗剪切性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种疏水改性超支化聚合物，其特征在于，所述疏水改性超支化聚合物的分子式为：
式中，x，y，z，m为结构单元百分数，x为75～85％，y为10～20％，z为0～5％，m为0.05～0.2％，x+y+z+m＝1；a为结构单元数，a为7，9，11，13或15；R为CH3或H；聚合物粘均分子量为100～900万。
2.一种如权利要求1所述疏水改性超支化聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)在去离子水中加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和超支化改性单体，搅拌均匀，用氢氧化钠调节pH值为7，再加入疏N-苄基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺和表面活性剂十二烷基硫酸钠，磁力搅拌至溶液澄清透明；
(2)通惰性气体除去水中的溶解氧15分钟；
(3)加入光引发剂，将反应体系置于光引发装置下反应3～5小时，反应温度为10～30℃，得到白色胶体，即为疏水改性超支化聚合物。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(v50)或2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)。
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