【正文】 A）分析純武漢市江北化學(xué)試劑有限責(zé)任公司NaOH分析純天津福晨化學(xué)試劑廠NaCl分析純成都金山化學(xué)試劑有限公司癸烷化學(xué)純天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所2810工業(yè)品實驗室自制 實驗儀器實驗涉及到的儀器除下表3所示之外，還有250mL三頸燒瓶、氮?dú)馄?、秒表、吸耳球、滴液漏斗、不同?guī)格的容量瓶、移液管、燒杯、量筒和玻璃棒若干等。本文首先以氯丙烯、10羥基癸酸和氫氧化鈉的醚化反應(yīng)制備了10丙烯氧基癸酸鈉功能單體（單體B）。然后以丙烯酰胺（AM）為主單體，單體B為功能單體再加上丙烯酸（AA）進(jìn)行三元共聚，采用反相微乳液聚合法合成了聚合物。制備反應(yīng)反應(yīng)方程式為[24]：（1） 聚合物的制備本文采用反相微乳液聚合法制備聚合物，它為水溶性單體提供了具有高聚合速率和高相對分子質(zhì)量產(chǎn)物的聚合方法，它還能使水溶性單體有效地聚合成粉狀或乳狀產(chǎn)物，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速度更快，粒子細(xì)小、均一，產(chǎn)物水溶性極好，有助于工業(yè)應(yīng)用[1718,23]。聚合物的合成化學(xué)反應(yīng)式為： （2） 合成工藝流程如圖6所示。2. 配油相：稱取一定量的2810以及K溶劑（癸烷），并轉(zhuǎn)入三口燒瓶中，持續(xù)攪拌并通入N2氣。20分鐘后，加入一定量的亞硫酸氫鈉過硫酸銨復(fù)合引發(fā)劑。整個實驗過程在配有可控硅恒溫水浴槽，JJ1精密增力電動攪拌器的裝置中完成的，實驗裝置如圖7。當(dāng)高分子聚合物溶于水中形成溶液時，溶液的粘度往往大于水的粘度，通常用特性粘數(shù)來表示聚合物分子對溶液粘度的貢獻(xiàn)。因此，測定聚合物的特性粘數(shù)對于評價聚合物在鹽水中的增粘性能及分子尺寸有著非常重要的意義。內(nèi)摩擦阻力越大，表現(xiàn)出來的粘度就越大，且與高分子的結(jié)構(gòu)、溶液的濃度、溶劑的性質(zhì)、溫度以及壓力等因素有關(guān)。（1）相對粘度ηr：若純?nèi)軇┑恼扯葹棣?，同溫度下溶液的粘度為η，則ηr=η/η0。對于低剪切速率下的高分子溶液，其值一般實驗部分大于1。 　　　　　 ?。?）（3）特性粘度[η]：其定義為比濃粘度ηsp/c或?qū)?shù)粘度lnηr/c在無限稀釋時的外推值，即 　　　　　　　　　　 （4）其值與濃度無關(guān)，量綱是濃度的倒數(shù)。聚合物的特性粘數(shù)對于評價聚合物的增粘性能有著非常重要的意義。在較低的濃度范圍內(nèi)，聚合物比濃粘度和比濃對數(shù)粘度與其濃度成線性關(guān)系，服從Huggins方程及Kraemer方程[25]： （5） ?。?）圖8 烏氏粘度計大量實驗研究證明，當(dāng)聚合物溶解在良溶劑中時，k＋β＝1/2。它表示我們可以測定某一定濃度C下的ηsp，lnηr來計算其特性粘數(shù)。 測定過程，以1mol/L NaCl溶液作為溶劑，在溫度30177。具體步驟如下：1. ～，溶于1mol/L NaCl溶劑中，倒入100mL容量瓶，稀釋至刻度?！妗?. 用一定量所配共聚物溶液重復(fù)以上第3兩步，取平均值，計為t，根據(jù)上面所述公式計算出該共聚物的特性粘數(shù)。本文在前人的基礎(chǔ)上就單體配比這一因素對聚合物特性粘數(shù)的影響進(jìn)行了分析比較。 表4 最佳反應(yīng)條件油水比乳化劑用量引發(fā)劑用量水相單體濃度3:105％％40％注：乳化劑用量為乳化劑的質(zhì)量占油相的質(zhì)量比；引發(fā)劑用量為（NH4）2S2O8的質(zhì)量占水相單體（AA和AM的質(zhì)量之和）的質(zhì)量比；水相單體濃度為水相溶液濃度。表5 單體B對聚合物特性粘數(shù)的影響單體B用量％％2％3％聚合物溶液粘度（cP）放置凝膠放置凝膠反應(yīng)凝膠破乳注：單體B的量為占AA和AM的摩爾百分?jǐn)?shù)，AA:AM=1:4，聚合物溶液濃度為10000 mg/L。其原因在于：單體B使合成的聚合物分子上連接有較長的支鏈－CH2O(CH2)9COONa，其中－CH2－為親油基。 丙烯酸（AA）對聚合物特性粘數(shù)的影響保持其他條件不變的情況下，％（氧化劑:還原劑=2:1（質(zhì)量比）），單體總濃度為40％。表6 丙烯酸（AA）對聚合物特性粘數(shù)的影響AA用量15％20％聚合物溶液粘度（cP）注：聚合物溶液濃度為10000 mg/L，表中為AA占AA和AM的摩爾百分比。其原因在于：聚合物分子中含有部分丙烯酸結(jié)構(gòu)單元和帶有較長的末端為羧鈉基團(tuán)的支鏈，在水溶液中電離都可形成－COO－，同種電荷相互排斥，故各支鏈間相互排斥。一點(diǎn)法測得的結(jié)果見表7。本文以紅外光譜分析共聚物的分子結(jié)構(gòu)。這是因為當(dāng)紅外光透過聚合物式樣時，由于分子內(nèi)部振動的變化，某些頻率被吸收，另一些頻率被透過。先取一定量合成的共聚物，用無水乙醇破乳后放入烘箱中充分干燥，再將干燥所得固體研磨成粉末狀待用。在分辨率為4cm1條件下掃描得紅外譜圖。 cm1處為烯烴中=CH伸縮振動吸收峰， cm1處為C=C伸縮吸收峰， cm1處為CH面內(nèi)彎曲振動吸收峰，（n≥4）面內(nèi)搖擺振動吸收峰。結(jié)論與建議 共聚物紅外光譜圖10 聚合物的紅外光譜圖10是共聚物的紅外光譜圖。,，這幾組吸收峰是單體B所有而丙烯酰胺所沒有的，證明了共聚物中含有單體B。可以得到該聚合物水溶液的粘度隨時間的變化趨勢。測定結(jié)果見表8。s）圖11 表觀粘度隨時間變化圖從上圖11可知，隨著放置時間的增加，聚合物水溶液的粘度先增加，隨后達(dá)到基本穩(wěn)定，再往后逐漸減小，第3天達(dá)到最大。故隨時間的推移，共聚物溶液粘度逐漸增大后達(dá)到穩(wěn)定。在室溫下稱取1g、2g、3g、4g、5g共聚物乳液于5個干燥的燒杯中，分別用蒸餾水配制成200mL的水溶液，靜置到其完全溶解。測定結(jié)果見表9。s）攪拌后表觀粘度（mP當(dāng)溶液完全溶解，靜置不攪拌直接進(jìn)行測量時，粘度的增高較為平緩；而在測量前對其進(jìn)行攪拌，隨濃度增高粘度的增加則較快，且粘度值更大。粘度隨濃度增大而增大是因為濃度越大，分子間作用力越大，分子中的長支鏈末端為羧鈉基團(tuán)，在水溶液中電離形成－COO－，鏈與鏈之間相互排斥，使得分子線團(tuán)膨脹、疏松，體積變大，從而導(dǎo)致溶液粘度增加。在油田勘探開發(fā)工作液的配制過程中所用的油田水通常都有一定的礦化度，而當(dāng)工作液進(jìn)入地層后，又總會接觸含鹽地下水。在室溫下稱取不同質(zhì)量的（1g、2g、3g）聚合物乳液用蒸餾水配制成200mL的水溶液，再向其中加入0～1％不同量的（、）NaCl，使其充分溶解后用Brookfield DVⅢ+粘度儀（LV，）測定它們的粘度，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分。所得數(shù)據(jù)見表10。sNaCl加量濃度聚合物％％％％％％％％％％圖13 表觀粘度隨聚合物濃度和鹽濃度變化圖從圖13中可以看出，隨著鹽濃度的增加，三種濃度的聚合物溶液的表觀粘度都在下降，且濃度越大的下降的越快。 溫度對共聚物溶液粘度的影響 由于溫度是分子無規(guī)則熱運(yùn)動激烈程度的反映，分子的運(yùn)動必須克服分子間相互作用力，而分子間的相互作用，如分子間氫鍵、內(nèi)摩擦、擴(kuò)散、分子鏈取向、纏結(jié)等，直接影響粘度的大小，故高聚物溶液的粘度會隨溫度發(fā)生變化。得到其粘度的溫度依賴性。表11 表觀粘度隨溫度變化溫度（℃）3050607080表觀粘度（mP由于溫度升高，分子運(yùn)動加快，分子間氫鍵被破壞，分子鏈解纏結(jié)，因而溶液剪切粘度降低。采用過硫酸銨（(NH4)2S2O8）和亞硫酸氫鈉（NaHSO3）氧化還原體系引發(fā)丙烯酰胺、丙烯酸與單體B共聚制備了W/O型聚合物微乳液。從而獲得制備梳形聚合物的適當(dāng)工藝參數(shù)：單體總濃度為40％、單體B含量為17％、％、油水質(zhì)量比為3：反應(yīng)溫度為40℃，分子量為236萬，所得微乳液體系穩(wěn)定性好，水溶性也較好。（4）本次實驗采用了反相微乳液法制備梳形聚合物，得到的產(chǎn)物固相含量較高，且乳化劑用量少，可以作為理想的乳液狀增粘劑。實驗合成的產(chǎn)物具有一定的分子量和耐溫抗鹽性，但與預(yù)期效果還有一定的差距，故在提高聚合物分子量和耐溫抗鹽性能方面還有待改進(jìn)，需要做進(jìn)一步分析與研究。Donald ,Fanwood。Travis ,Ambler Acrylamide Copolymer Thickener For Aqueous Systems[P],US Pat4,395,524,1983[15]Plate N A,Shibaev V Polymers and Liquid Crystals,New York:Plenum Press,1987:18[16]哈潤華,侯斯健,[J].,(1):1019.[17]李曉,[J].,3(3):1316[18]張乾,聚合及表征[J].,18(6):316322[19]崔正剛,[M].中國輕工業(yè)出版社,1999[20]劉杰風(fēng),犀金清,[J].,(7):3436[21]熊家文,韋亞兵,[J].,4,32(2):6164[22]李曉,張衛(wèi)英,[J].,5(1):6973[23]王風(fēng)賀. 反相微乳液法制備聚丙烯酰胺[D].南京理工大學(xué)化工學(xué)院,2004 [24]付美龍,劉杰. 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