CN101792506B - 一种丙烯酰胺类疏水缔合水溶性聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种丙烯酰胺类疏水缔合水溶性聚合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及其水溶液的性能两个领域。通过两步酯化反应合成聚合物P(AM-MAh)-C16的技术特征在于，原料配方：P(AM-MAh)质量45.0g、C16H33OH质量1.0～1.5g、CH3OH体积250ml(既是反应物又是溶剂)；工艺条件：两步酯化反应的温度分别为80℃和60℃，溶剂分别为丁酮和甲醇，引发剂分别为对甲苯磺酸(PTSA)和硫酸二甲酯(DMS)，总反应时间约为50h。制备聚合物水溶液的技术特征在于，配方：聚合物500～8000mg，纯净水1L；工艺条件：聚合物碾成粉末，在室温(25±2)℃下搅拌溶解。有益效果是：合成了一种能够良好地溶解在水中的疏水缔合水溶性聚合物，该聚合物大幅度地提高水溶液粘度。本发明所需原料便宜，操作工艺较直接简单，适用性广，具有一定的实际推广意义。

Description

一种丙烯酰胺类疏水缔合水溶性聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及其水溶液性能的考察。
背景技术
疏水缔合水溶性聚合物(HAWSP)是指在常规的水溶性聚合物主链上引入极少量(摩尔分数小于2％)的疏水基团所形成的一类新型聚合物。这类聚合物由于疏水效应而使其溶液性质表现出与常规聚合物有明显不同的特性。在水溶液中，当聚合物浓度高于临界缔合浓度时，疏水基互相聚集形成一种以可逆的分子间缔合为主的结构，宏观上表现为溶液粘度明显上升，即这种聚合物具有很好的增粘作用。目前，这种聚合物在涂料、油漆、选矿等领域发挥了较大的作用。在三次采油中具有更加广阔的应用前景，疏水基的加入可大幅度地改变聚合物的流变性能，使其在流度控制、提高波及效率以及在调剖中起到非常重要的作用。目前，基于分子设计的思想，在聚丙烯酰胺类聚合物主链上引入一定量的具有一定链段长度的疏水基团制备疏水缔合水溶性聚合物是发展这类聚合物较为切实可行的方法，也是近几年的研究热点。
共聚物聚(丙烯酰胺-马来酸酐)P(AM-MAh)作为一种水溶性非常良好的聚丙烯酰胺类聚合物，已经在很多领域得到了广泛的应用，很明显地，在该聚合物中引入疏水性基团就可以制备出一种疏水缔合水溶性聚合物，因此，我们选取了十六烷基醇C16H33OH与P(AM-MAh)中的MAh发生酯化反应来合成一种新型的疏水缔合水溶性聚合物。目前，尚未见任何相关的研究报道。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，同时也为了制备出一种新型的疏水缔合水溶性聚合物，本发明提出了一种聚合物的制备方法，合成得到了一种新型的疏水缔合水溶性聚合物。
技术方案
本发明以一种共聚物聚(丙烯酰胺-马来酸酐)P(AM-MAh)先后与十六烷基醇C16H33OH和CH3OH发生两步酯化反应，合成疏水缔合水溶性聚合物P(AM-MAh)-C16。其目的在于得到一种易溶于水且可以大幅度提高水溶液粘度的疏水缔合水溶性聚合物。
本发明所述的一种制备疏水缔合水溶性聚合物P(AM-MAh)-C16的方法，其技术特征在于：
合成配方
P(AM-MAh)                  45.0g
C16H33OH(第一步酯化)       1.0～1.5g
CH3OH(第二步酯化)          250ml
     (即作反应物又作溶剂)
工艺条件
引发剂        PTSA(第一步酯化)      2.0g
              DMS(第二步酯化)       1.0g
溶剂          丁酮(第一步酯化)      200ml
              CH3OH(第二步酯化)     250ml
温度          80℃(第一步酯化)
              60℃(第二步酯化)
环境          氮气保护
反应时间      约50h
一种制备疏水缔合水溶性聚合物P(AM-MAh)-C16的方法，其特征在于：具体步骤如下：
a)称取45.0g的P(AM-MAh)和1.0～1.5g的C16H33OH，加入200ml的丁酮溶解，然后加入2.0g对甲苯磺酸(PTSA)，混合后置于三口反应瓶中；
b)氮气保护下，在80℃下恒温搅拌反应25h；
c)采用减压蒸馏的方法将溶剂丁酮全部蒸馏出来，加入200倍过量的甲醇和1.0g硫酸二甲酯(DMS)，氮气保护下，60℃恒温搅拌25h；
d)脱去甲醇即得粗产物，然后以丁酮为溶剂、甲苯为沉淀剂重沉淀，反复溶解、沉淀4次，即可得到白色橡胶状聚合物；
e)最后将所得产物分别用石油醚反复冲洗4次，真空干燥3天，得到纯净的聚合物。本发明所述的聚合物P(AM-MAh)-C16溶解在水中，制备其水溶液，其技术特征在于：
配方
             P(AM-MAh)-C16        500～8000mg
             溶剂(纯净水)         1L
工艺条件
             P(AM-MAh)-C16        研磨成粉料
             温度                 室温(25±2)℃
             溶解方式             高速搅拌
所述聚合物P(AM-MAh)-C16水溶液的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
a)将聚合物P(AM-MAh)-C16研磨成粉料；
b)称取500～8000mg的聚合物粉料，并在容器中量取1L的纯净水；
c)在机械高速搅拌下，将粉料逐步加入纯净水中；
d)高速搅拌，直到完全溶解，得到均相透明的水溶液。
有益效果
本发明的有益效果是，提供了一种方法可行、易于实现的合成工艺，合成得到了一种新型的疏水缔合水溶性聚合物，其溶解在水中形成均相透明且非常稳定的水溶液，且该聚合物可以大幅度地提高水溶液的粘度。
附图说明
图1为聚合物的合成工艺流程图。
图2为聚合物水溶液的制备流程图。
具体实施方式
为了合成得到聚合物P(AM-MAh)-C16，本发明采取了如下的实施方式：
称取45.0g P(AM-MAh)和1.0～1.5g C16H33OH，加入200ml丁酮溶解，然后加入2.0g对甲苯磺酸(PTSA)，混合后置于三口反应瓶中；氮气保护下，在80℃下恒温搅拌反应25h；反应结束后，采用减压蒸馏的方法将溶剂丁酮全部蒸馏出来，加入200倍过量的甲醇和1.0g硫酸二甲酯(DMS)，氮气保护下，60℃恒温搅拌25h；反应结束后，脱去甲醇即得粗产物，然后以丁酮为溶剂、甲苯为沉淀剂重沉淀，反复溶解、沉淀4次，即可得到白色橡胶状聚合物；最后将所得产物分别用石油醚反复冲洗4次，真空干燥3天，得到纯净的聚合物。
为了考察合成得到的聚合物P(AM-MAh)-C16的水溶液性能，本发明采取了如下的实施方式：
实施实例1：把聚合物碾磨成粉料，室温(25±2)℃下，将500mg聚合物粉料添加在1L纯净水中，不断搅拌使其溶解，制备得到浓度为500mg/L的聚合物水溶液。
实施实例2：把聚合物碾磨成粉料，室温(25±2)℃下，将1000mg聚合物粉料添加在1L纯净水中，不断搅拌使其溶解，制备得到浓度为1000mg/L的聚合物水溶液。
实施实例3：把聚合物碾磨成粉料，室温(25±2)℃下，将3000mg聚合物粉料添加在1L纯净水中，不断搅拌使其溶解，制备得到浓度为3000mg/L的聚合物水溶液。
实施实例4：把聚合物碾磨成粉料，室温(25±2)℃下，将5000mg聚合物粉料添加在1L纯净水中，不断搅拌使其溶解，制备得到浓度为5000mg/L的聚合物水溶液。
实施实例5：把聚合物碾磨成粉料，室温(25±2)℃下，将8000mg聚合物粉料添加在1L纯净水中，不断搅拌使其溶解，制备得到浓度为8000mg/L的聚合物水溶液。
上述实施方案得到的聚合物水溶液粘度性能如下：
  不同浓度的聚合物水溶液   表观粘度(mPa·s)   外观
  500mg/L   20.9   透明溶液
  1000mg/L   48.7   透明溶液
  3000mg/L   112.5   透明溶液
  5000mg/L   299.7   透明溶液
  8000mg/L   489.6   透明溶液

Claims (4)

1.一种疏水缔合水溶性聚合物，其特征在于：原料配方：共聚物聚(丙烯酰胺-马来酸酐)P(AM-MAh)45.0g，十六烷基醇C16H33OH1.0～1.5g，甲醇CH3OH250ml，其中，CH3OH既作为反应物又作为溶剂；工艺条件：包含了两步酯化反应：第一步为P(AM-MAh)与C16H33OH发生酯化反应，反应温度为80℃、溶剂为丁酮、引发剂为对甲苯磺酸(PTSA)；第二步为第一步的产物继续与CH3OH发生酯化反应，反应温度为60℃、溶剂为甲醇、引发剂为硫酸二甲酯(DMS)；两步酯化反应总时间为50h。
2.一种制备权利要求1的疏水缔合水溶性聚合物的方法，其特征在于：具体步骤如下：
a)称取45.0g的P(AM-MAh)和1.0～1.5g的C16H33OH，加入200ml丁酮溶解，然后加入2.0g对甲苯磺酸(PTSA)，混合后置于三口反应瓶中；
b)氮气保护下，在80℃下恒温搅拌反应25h；
c)采用减压蒸馏的方法将溶剂丁酮全部蒸馏出来，加入200倍过量的甲醇和1.0g硫酸二甲酯(DMS)，氮气保护下，60℃恒温搅拌25h；
d)脱去甲醇即得粗产物，然后以丁酮为溶剂、甲苯为沉淀剂进行重沉淀，反复溶解、沉淀4次，即可得到白色橡胶状聚合物；
e)将所得产物分别经石油醚反复冲洗4次，真空干燥3天后得到纯净的聚合物。
3.制备权利要求1所述疏水缔合水溶性聚合物的水溶液的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
a)将聚合物研磨成粉料；
b)称取500～8000mg的聚合物粉料，并在容器中量取1L的纯净水；
c)在机械高速搅拌下，将粉料逐步加入纯净水中；
d)高速搅拌，直到完全溶解，得到均相透明的水溶液。
4.根据权利要求3所述方法制备的疏水缔合水溶性聚合物的水溶液，其特征在于：在室温(25±2)℃下，当水溶液的浓度在500-8000mg/L范围内时，聚合物均溶解良好，得到均相透明溶液，且水溶液粘度从20.9mPa·s增加到489.6mPa·s。
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