一種水溶性兩性離子共聚物及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種水溶性兩性離子共聚物及其制備方法，該共聚物包含２－甲基－２－丙烯酰胺基丙磺酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨兩種結(jié)構(gòu)單元，其制備方法依次包括以下步驟：（１）將乳化劑失水山梨醇單油酸酯和帶有２０個(gè)聚氧乙烯鏈?zhǔn)嚼娲紗斡仓狨ヒ再|(zhì)量比為４～６∶１加入到煤油中，乳化劑占煤油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為５～１０％；（２）將兩種單體以質(zhì)量比６～９∶１分別溶于水中并調(diào)節(jié)水溶液ｐＨ值為７，單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為３５～５５％；（３）將油相和水相以體積比為１∶０．５～２．３混合，通氮?dú)猓尤胙趸€原引發(fā)劑，并置于恒溫水浴中反應(yīng)４～６ｈ，即得共聚物乳液。該共聚物具有較好的增粘性和抗鹽性，其制備方法簡(jiǎn)便可行，條件溫和，易于提純、分離和使用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種兩性離子共聚物及其制備方法。
技術(shù)介紹
兩性離子聚合物是一類新型高分子化學(xué)劑。因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和良好的應(yīng)用性能，近幾年在石油工業(yè)中得到廣泛的使用，在鉆井液處理劑、壓裂液添加劑、固井水泥外加劑、強(qiáng)化采油化學(xué)劑等方面都有一定的應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿薮蟆涡跃垭娊赓|(zhì)有優(yōu)良的增粘能力，但抗鹽性差，兩性聚合物的粘度則隨小分子鹽釋放聚合物分子線團(tuán)而逐漸上升，兩性離子聚合物兼有良好的增粘性和抗鹽性，極大的發(fā)揮高分子聚合物的作用。目前兩性離子的合成方法有均相聚合和非均相聚合。均相聚合主要是溶液聚合，非均相聚合主要有懸浮聚合與乳液聚合。乳液聚合可分為反相乳液聚合、微乳液聚合、無(wú)皂乳液聚合等多種形式。溶液聚合體系操作雖簡(jiǎn)單，但單體濃度較低，單位體積設(shè)備生產(chǎn)能力較低，聚合物分子質(zhì)量小。采用反相乳液聚合方法，它為水溶性單體提供了一個(gè)具有高聚合速率和高分子量產(chǎn)物的聚合方法，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是產(chǎn)品的固含量高，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量較高，產(chǎn)品在水中溶解快且溶解均勻，非常有利于現(xiàn)場(chǎng)配置，對(duì)水溶性聚合物的制備有很大的應(yīng)用價(jià)值。已報(bào)道的有AM/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨/AMPS反相乳液聚合(申迎華，謝龍，王志忠.高分子學(xué)報(bào)，2005，(6)846～850)；MOTAC/AA/AM水溶液聚合(王中華.油田化學(xué)，1996，13(4)369～370)，(AM/AA/DADMAC)共聚物堵水劑的反相乳液法制備研究(趙勇，李維云，哈潤(rùn)華等.精細(xì)化工.1997，14(6)35～37)；AMPS/HMOPTA/AM共聚物降濾失劑的合成及性能(劉明華，周樂(lè)群，楊小華.精細(xì)石油化工進(jìn)展.2005，6(3)24～27)等；近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在丙烯酰胺類單體的二元或三元共聚，對(duì)于陽(yáng)離子、陰離子單體二元共聚的研究較少。因此開(kāi)發(fā)研究性能優(yōu)異的兩性離子二元聚合物新產(chǎn)品，對(duì)于水處理，造紙工業(yè)和石油鉆采等領(lǐng)域上都有廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種水溶性兩性離子共聚物，即2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚物，該共聚物具有較好的增粘性和抗鹽性，可作為增粘劑廣泛應(yīng)用于石油開(kāi)采、涂料、造紙等行業(yè)。本專利技術(shù)的另一目的在于提供該兩性離子共聚物的制備方法，該方法簡(jiǎn)便可行，條件溫和，易于提純、分離和使用。一種水溶性兩性離子共聚物，包含2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)兩種結(jié)構(gòu)單元AMPS是一種多功能的強(qiáng)陰離子性和水溶性官能團(tuán)的不飽和聚合單體，具有良好的聚合活性。DMC分子結(jié)構(gòu)中含有不飽和雙健，具有極強(qiáng)的極性，分子中含有叔酯基，能與酸成鹽，具有耐酸性，但陽(yáng)離子單體DMC的競(jìng)聚率較低，反應(yīng)會(huì)受到阻聚作用，陽(yáng)離子單體DMC的加量不宜過(guò)高。該兩性離子二元共聚物AMPS/DMC的結(jié)構(gòu)式為 其中x∶y為6～9∶1。AMPS/DMC兩性離子聚合物的合成方法，包括以下步驟(1).配制油相將乳化劑失水山梨醇單油酸酯(Span-80)和帶有20個(gè)聚氧乙烯鏈?zhǔn)嚼娲紗斡仓狨?Tween-60)以質(zhì)量比為4～6∶1加入到煤油中，乳化劑占煤油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～10％； (2).配制水相將2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)以質(zhì)量比為6～9∶1稱取，分別溶于水中并調(diào)節(jié)單體水溶液的pH值為7，單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35～55％；(3).聚合反應(yīng)將油相和水相以體積比為1∶0.5～2.3混合，攪拌形成白色乳狀液，通氮?dú)猓{(diào)節(jié)水浴溫度在30～55℃，加入水溶性過(guò)硫酸銨((NH4)2S2O8)-亞硫酸鈉(Na2SO3)氧化還原引發(fā)劑，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的0.2～0.6％，置于恒溫水浴中攪拌反應(yīng)4～6h，得粘稠物，即為共聚物乳液。將共聚物乳液用乙醇和丙酮清洗數(shù)次，洗出的產(chǎn)物呈粉色具有粘彈性，置于60℃烘箱中干燥24h，即制得共聚物。采用反相乳液聚合方法制得AMPS/DMC兩性離子共聚物。把Span-80和Tween-60加入到煤油中，加入調(diào)節(jié)好pH值的單體水溶液，形成乳液，然后加入氧化-還原引發(fā)劑，密封后置于恒溫水浴中反應(yīng)即可。本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)機(jī)理為自由基聚合反應(yīng)機(jī)理，反應(yīng)式如下 與現(xiàn)有兩性離子聚合物及其制備技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果(1).在兩性離子聚合物合成中，常加入丙烯酰胺(AM)，但含丙烯酰胺的兩性聚合物溶液隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)，陰離子度(水解度)不斷增大使溶液粘度抗鹽性能下降，本專利技術(shù)AMPS、DMC陰陽(yáng)離子單體二元共聚提高了抗鹽性能。(2).采用反相乳液聚合生成的聚合物具有好的水溶性，在蒸餾水中表現(xiàn)出良好的增粘性；(3).磺酸基對(duì)鹽極不敏感，使得聚合物具有好的抗鹽性，同時(shí)提高了聚合物的熱穩(wěn)定性；在石油開(kāi)采領(lǐng)域中，隨著對(duì)稠化劑認(rèn)識(shí)的加深及稠化酸技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)酸液稠化劑的要求不斷提高。應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的國(guó)內(nèi)稠化劑產(chǎn)品多表現(xiàn)出受剪切影響大、酸液增粘能力弱、現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，限制了稠化劑作用的發(fā)揮，加上酸液與石灰?guī)r或白云巖反應(yīng)會(huì)生成高濃度的氯化鈣、氯化鈉而損壞聚合物穩(wěn)定性，導(dǎo)致酸液粘度下降或聚合物沉淀，兩性聚合物則有極好的抗鈣、抗鹽能力和良好的酸溶性、熱穩(wěn)定性。因此本專利技術(shù)AMPS/DMC共聚合生成的兩性離子聚合物具有一定的研究?jī)r(jià)值。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)共聚物作為酸液稠化劑的增粘性與共聚物加量的關(guān)系圖2是本專利技術(shù)共聚物作為酸液稠化劑的熱穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系圖3是本專利技術(shù)共聚物作為酸液稠化劑的抗鹽性與外加無(wú)機(jī)鹽的關(guān)系圖4是本專利技術(shù)共聚物作為酸液稠化劑的剪切穩(wěn)定性與時(shí)間的關(guān)系圖5是本專利技術(shù)AMPS/DMC兩性離子共聚物的紅外譜圖具體實(shí)施方式實(shí)施例1AMPS/DMC兩性離子聚合物的合成配方-1(1).油相將乳化劑Span80和Tween60以質(zhì)量比為5∶1溶于煤油中，乳化劑占煤油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％；(2).水相將2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)以質(zhì)量比為6.7∶1稱取，溶于蒸餾水中配制成單體水溶液，調(diào)節(jié)其pH值為7，單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％；(3)將油相和水相以1∶2.3混合攪拌制成白色乳狀液，將制得的乳液移入250mL三口燒瓶中，通氮?dú)猓{(diào)節(jié)水浴溫度為45℃，加入占單體總質(zhì)量的0.6％的(NH4)2S2O8-Na2SO3氧化-還原引發(fā)劑，置于恒溫水浴中攪拌反應(yīng)6h，生成略帶粉色粘稠乳液，即得聚合產(chǎn)物；配方-1具 實(shí)施例3將濃度為300g/L的5’-鳥(niǎo)苷三磷酸水溶液10L，用氫氧化鈉調(diào)至pH7.5，加入硫酸鈉80g，在30℃下控制攪拌速度100rpm，以1L/h的流速流加甲醇15L。。結(jié)晶后將懸濁液抽濾，用85％的乙醇洗滌所得的白色晶體，真空干燥，可以得到5’-鳥(niǎo)苷三磷酸鈉鹽晶體3.53kg。成品檢測(cè)純度為97.7％，水分6.6％，最后結(jié)晶收率為93.1％。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。表3 成品質(zhì)量檢測(cè)分析結(jié)果C10H13N5Na3O14P3Na3(分子量589.1) 實(shí)施例4將濃度為300g/L的5’-胞苷三磷酸水溶液6L，用氫氧化鈉調(diào)至pH6.5，加入碳酸鈉70g和丙酮9L，在25℃保溫?cái)嚢柚馏w系穩(wěn)定。將處理得到的混合溶液等分3份，每份5L，分別控制攪拌轉(zhuǎn)速為50rpm、100rpm、15本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水溶性兩性離子共聚物，包含２－甲基－２－丙烯酰胺基丙磺酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨兩種結(jié)構(gòu)單元，該共聚物的結(jié)構(gòu)式為：－（－ＣＨ↓［２］－＊Ｈ－）↓［ｘ］－（－ＣＨ↓［２］－＊－）↓［ｙ］－其中ｘ∶ｙ為６～９∶１。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳馥，徐東梅，劉彝，劉徐慧，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南石油學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：90[中國(guó)|成都]