本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種復(fù)合陽離子疏水締合水溶性聚合物，由兩種陽離子單體和一種非離子單體共聚而成。在兩種陽離子單體中，其中一種是具有表面活性的陽離子大單體，另一種是具有相似結(jié)構(gòu)的小陽離子單體。該聚合物特點是具有疏水締合水溶性聚合物鹽增粘的特性，同時由于共聚時加入了小陽離子單體，增加了聚合物大分子鏈的水化性能，使共聚物的溶解速度比傳統(tǒng)的疏水締合水溶性聚合物更快，克服了傳統(tǒng)疏水締合水溶性聚合物的溶解速度慢、溶解性能差的缺點；而且由于采用相同荷電性的單體共聚，復(fù)合陽離子共聚物分子鏈由于鏈節(jié)相同正電荷的排斥作用而使共聚物在水溶液當(dāng)中更易舒展，增加了復(fù)合陽離子聚合物的增粘性。因此本發(fā)明專利技術(shù)涉及新型的復(fù)合陽離子聚合物具有水溶性好、增粘性好、鹽增粘等優(yōu)點。可應(yīng)用于石油開采、污水處理和水溶性涂料等行業(yè)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種復(fù)合陽離子疏水締合水溶性聚合物及其合成方法，屬水溶性高分子領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
近幾年來，疏水締合水溶性聚合物由于其強增粘能力和獨特的溶液特性倍受人們的關(guān)注。疏水締合水溶性聚合物是指在常規(guī)水溶性聚合物的親水主鏈上引入極少量疏水單元(通常＜2mol％)而形成的一類新型功能性水溶性聚合物。在水溶液中，當(dāng)這類聚合物超過一定的濃度時，不同分子鏈上的疏水單元產(chǎn)生締合效應(yīng)，聚合物大分子在溶液中形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶液的粘度顯著增加。這種締合效應(yīng)是一種物理的連接，因而具有可逆性。而且溶液中加入電解質(zhì)，可以誘導(dǎo)大分子鏈上疏水單元的締合。使得這類聚合物具有重要的應(yīng)用價值，特別是在原油開采、水基涂料、藥物控釋和污水處理等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前疏水締合水溶性聚合物多為丙烯酰胺與非離子性疏水單元共聚而成，在水中的溶解速度較慢，為增加溶解速度，往往加入離子型親水單體與疏水單體共聚，形成離子型疏水締合水溶性聚合物，因此離子型的疏水締合水溶性聚合物是該類聚合物的主要發(fā)展方向之一。離子型親水單體主要以陰離子單體丙烯酸(鈉)為主(Geoffrey L.Smith，Charles L.McCormick.Macromolecules 2001，34，5579-5586)，其用量高達總單體含量的50mol％。但是當(dāng)丙烯酸(鈉)的用量超過40mol％時，聚合物中的羧酸根與Ca2+、Mg2+離子結(jié)合，易產(chǎn)生沉淀而使溶液分相，聚合物溶液的增粘能力顯著下降。在油田開采當(dāng)中，聚合物所接觸到的油田水一般無機鹽的含量高，其中含有較高Ca2+、Mg2+，若聚合物分子鏈上羧酸根過多，除粘度降低外，聚合物與多價陽離子作用產(chǎn)生的沉淀會堵塞原油流動的通道。因此，這樣的分子設(shè)計不能滿足油田實際應(yīng)用的需要。為了增加對聚合物Ca2+、Mg2+等多價陽離子的忍耐性，用水溶性更強的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)替代丙烯酸(B.Bangar Raju，F(xiàn)rancoise M.Winnik，YotaroMorishima.Langmuir 2001，17，4416-4421)。加入親水性離子單體的另一個作用是利用同性電荷的排斥作用，使聚合物鏈更易伸展，這樣即使是在較低的聚合物濃度下，聚電介質(zhì)在淡水中也有很強的增粘能力。然而在鹽水中，聚電介質(zhì)分子鏈上的電荷排斥作用受到屏蔽，增粘能力顯著下降。因此，為了使疏水締合水溶性聚合物真正得到應(yīng)用，必須對其分子結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，特別是選擇合適的離子型親水單體和疏水單體。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是采用一種疏水締合水溶性聚合物的分子設(shè)計方法，利用離子型疏水大單體和具有相同電荷的離子型疏水小單體與非離子單體丙烯酰胺共聚，得到一類復(fù)合離子型的疏水締合水溶性聚合物。采用離子型疏水大單體和同性電荷的小離子性單體，不僅可以增加共聚物的水溶性，而且同性電荷的排斥作用可以使共聚物的粘度顯著增加，同時由于疏水單元具有締合能力，使共聚物水溶液的粘度大幅度的上升。本專利技術(shù)具有以下特點1、本專利技術(shù)合成的復(fù)合離子型疏水締合水溶性聚合物具有良好的水溶性，在淡水和鹽水中均具有顯著的增粘作用。圖1是復(fù)合離子型疏水締合水溶性聚合物與聚丙烯酰胺的粘度～濃度關(guān)系曲線，這兩種聚合物是在相同的條件下合成的。2、本專利技術(shù)采用了兩種陽離子型的水溶性單體，而且它們具有相似的結(jié)構(gòu)。小陽離子單體在聚合過程中與陽離子疏水大單體具有良好的相容性，兩種單體的競聚率比較接近。3、本專利技術(shù)采用的兩種陽離子型的疏水單體，與非離子單體形成的三元共聚物除具有一般的陽離子型聚合物的特點外，還具有疏水締合功能，當(dāng)鹽(以氯化鈉NaCI為例)濃度大于1wt％時，聚合物溶液的粘度不但不下降，相反還上升。因此除用于三次采油、水性涂料等增粘的目的外，也可以用于污水的處理，尤其是油田含油污水的處理，因為聚合物鏈上的疏水單元與油田污水中微量的原油有更好的相容作用。4、本專利技術(shù)合成的復(fù)合離子型疏水締合水溶性聚合物具有疏水締合功能，通過調(diào)節(jié)兩種離子型單體的用量，控制聚合物的溶解速度，可以用于藥物的控制釋放。附圖說明圖1本專利技術(shù)實施例的聚合物水溶液的粘度與濃度的關(guān)系曲線，對比所用的聚丙烯酰胺(PAM)是在相同條件下合成的。圖2本專利技術(shù)實施例的聚合物水溶液粘度與溶液中鹽濃度的關(guān)系曲線，對比所用的聚丙烯酰胺(PAM)是在相同條件下合成的。具體實施例方式本技術(shù)專利技術(shù)是通過以下措施實現(xiàn)的一種復(fù)合陽離子疏水締合水溶性聚合物，它是由單體(A)、單體(B)和(C)共聚而成的聚合物，其特征是單體(A)為一種非離子丙烯酰胺，單體(B)為具表面活性的陽離子大單體，單體(C)為小陽離子單體，與單體(B)的結(jié)構(gòu)類似。單體(B)的結(jié)構(gòu)通式為 其中R1、R2為H或CH3；R3、R4為CH3或C2H5；R5為CH3或C2H5；m為1～6；n為8～26。單體(C)的結(jié)構(gòu)通式為 其中R1、R2為H或CH3；R3、R4為CH3或C2H5；R5為CH3或C2H5；m為1～6；n為1～2。在復(fù)合陽離子疏水締合水溶性聚合物中，水溶性單體(A)丙烯酰胺的用量占單體(A)、(B)、(C)總摩爾數(shù)的70％～90％，最好是75％～85％之間；單體(B)的用量占單體(A)、(B)、(C)總摩爾數(shù)的0.5％～5％，最好是0.75％～3.0％之間；單體(C)的用量占單體(A)、(B)、(C)總摩爾數(shù)的、5％～35％、，最好是、10％～30％之間。疏水締合聚合物通常采用膠束聚合和溶液聚合兩種方法來制備。在科學(xué)研究當(dāng)中，一般采用膠束聚合的方法，該方法的優(yōu)點是疏水單元在聚合物分子鏈上呈嵌段分布，聚合物容易形成分子間的疏水締合，聚合物的溶解性也較好，但膠束聚合需要大量的表面活性劑，聚合完成后很難分離，影響產(chǎn)品的品質(zhì)，而且聚合體系單體的總量低，一般在10％以下。而溶液聚合可以達到20％～30％，但是在溶液聚合形成的共聚物中，疏水單元呈無規(guī)分布，聚合物大分子容易形成分子內(nèi)的締合，從而影響其溶解性。本專利技術(shù)采用的是離子型的水溶性疏水單體，在水中的狀態(tài)為膠束結(jié)構(gòu)，因此在與其它的單體進行溶液法共聚時也可形成嵌段分布結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)采用的溶液方法如下在反應(yīng)容器中，按照用量加入單體(A)、單體(B)和單體(C)，用二次蒸餾水稀釋至所需的濃度，單體總量為3～30wt％。攪拌至各單體溶解，將溶液溫度控制在20℃～70℃之間，單體完全溶解后溶液為透明。繼續(xù)攪拌，通高純氮氣30min～1h，加入水溶性自由基引發(fā)劑，引發(fā)劑的用量為單體的0.03～0.2％(摩爾比)，繼續(xù)通氮氣反應(yīng)12h～24h，得到透明的膠狀聚合物產(chǎn)物。本專利技術(shù)采用的是溶液法聚合，所用的引發(fā)劑為過硫酸鹽(過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉)、過氧化氫或其與亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉和三乙醇胺組成的氧化還原引發(fā)體系，或水溶性偶氮化合物(V50、偶氮雙甲基戊酸鹽)。下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)作進一步說明實施例1在含有丙烯酰胺(單體A)、十六烷基二甲基(2-甲基丙烯酰氧乙基)溴化銨(單體B)和三甲基(2-甲基丙烯酰氧乙基)氯化銨(單體C)的相對含量分別為89mol％、1mol％和10mol％，單體總量為6wt％的水溶液中，通入高純氮氣脫除水中的溶解氧，在20℃的攪拌使單體完全溶解，1h后加入相當(dāng)于單體總量的0.04％(摩爾比)V50作引發(fā)劑本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種復(fù)合陽離子疏水締合水溶性聚合物，它是由單體（Ａ）、單體（Ｂ）和（Ｃ）共聚而成的聚合物，其特征在于：單體（Ａ）為一種非離子單體，單體（Ｂ）為具表面活性的陽離子大單體，單體（Ｃ）為小陽離子單體，與單體（Ｂ）的結(jié)構(gòu)類似。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮玉軍，陳權(quán)生，操衛(wèi)平，夏雨，孫玉海，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：90[中國|成都]
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