一种结构导向型复合引发剂剂体系和丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用_2

文档序号:9803500阅读:来源:国知局
4-丁二胺 为核的1代、2代、3代、4代、5代、6代的聚酰胺-胺树状大分子是指以1,4- 丁二胺为活性 中心的聚酰胺-胺树状大分子;以1,6-己二胺为核的1代、2代、3代、4代、5代、6代的聚 酰胺-胺树状大分子是指以1,6-己二胺为活性中心的聚酰胺-胺树状大分子;以胱胺为核 的1代、2代、3代、4代、5代、6代的聚酰胺-胺树状大分子是指以胱胺为活性中心的聚酰 胺-胺树状大分子。
[0022] 本发明中,上述聚酰胺-胺树状大分子可以商购得到,也可以采用有机合成领域 公知的方法合成。例如,根据文献"聚酰胺一胺树状大分子的合成及应用"(聚酰胺-胺树 状大分子的合成及应用,中国塑料,2011,25(10) :28-33)中的发散合成方法进行制备。例 如,聚酰胺-胺树状大分子合成机理为从多功能基的引发核心(如乙二胺、1,4- 丁二胺、 1,6-己二胺、胱胺)出发,与丙烯酸甲酯进行完全的Michael加成反应得到0. 5代(0. 5G) 聚酰胺-胺树状大分子,然后用过量的乙二胺(EDA)与0.5代聚酰胺-胺树状大分子进行 酯的酰胺化反应,得到1.0代(1.0G)聚酰胺-胺树状大分子。不断重复上述步骤,可以得 到不同代数的聚酰胺-胺树状大分子。以乙二胺和丙烯酸甲酯为例,具体反应见下式(1) 和式(2):
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[0024] 在上述的反应过程中,也可以采用通式为H2C = CHC00R的α,β -不饱和羧酸酯 代替丙烯酸甲酯,其中R为C2-C4的烷基。
[0025] 本发明是通过在结构导向型复合引发剂体系中使用聚酰胺-胺树状大分子来获 得具有残余单体含量低、更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能、水溶性好、 并且在高温下、高矿化度的水中具有高的表观粘度的特点的丙烯酰胺聚合物,因此根据本 发明的结构导向型复合引发剂体系中的氧化还原系引发剂可以为本领域中的常用的各种 氧化还原系引发剂。
[0026] 根据本发明,所述氧化还原系引发剂包括氧化剂和还原剂,所述氧化剂可以选自 过氧化二酰类化合物、烷基过氧化物类化合物、氢过氧化物和过硫酸盐中的一种或多种;优 选地,所述氧化剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢、2, 5-二甲基-己 基-2, 5-双过氧化氢、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种;进一步 优选地,所述氧化剂为过硫酸铵和/或过硫酸钾。
[0027] 根据本发明,所述还原剂选自硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐、胺类和 氯化亚铜中的一种或多种;优选地,所述还原剂选自硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化亚铜、亚硫 酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢胺、亚硫酸氢钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、亚硫酸氢钠、Ν,Ν-二甲 基乙醇胺、Ν,Ν-二甲基哌嗪、Ν,Ν,Ν',Ν' -四甲基脲素、雕白粉、Ν,Ν,Ν',Ν' -四甲基乙二胺 中的一种或多种;进一步优选地,所述还原剂为硫酸亚铁铵、亚硫酸氢钠和Ν,Ν,Ν',Ν' -四 甲基乙二胺中的一种或多种。
[0028] 根据本发明的结构导向型复合引发剂体系,所述氧化还原系引发剂和聚酰胺-胺 树状大分子的含量可以根据具体的使用要求进行适当的选择,一般地,以所述结构导向型 复合引发剂体系的总量为基准,所述氧化剂的含量可以为4-85重量%;所述氧化剂、还原剂 和聚酰胺-胺树状大分子的重量比可以为1 :〇. 1-10 :〇. 1-10 ;优选为1 :〇. 5-1 :0. 5-1。
[0029] 根据本发明,为了使所述结构导向型复合引发剂体系具有更高的引发活性,优选 情况下,所述结构导向型复合引发剂体系还含有水溶性偶氮系引发剂。所述水溶性偶氮系 引发剂可以为各种适于用作自由基聚合引发剂的水溶性偶氮系化合物。优选地,所述水溶 性偶氮系引发剂为2, 2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2, 2'-偶氮双(2-咪唑啉丙烷) 二盐酸盐和4, 4' -偶氮双(4-氰基戊酸)中的一种或多种,进一步优选为2, 2' -偶氮双 (2-脒基丙烷)二盐酸盐。
[0030] 根据本发明,所述水溶性偶氮系引发剂的用量可以在较宽的范围内变动,一般 地,以所述结构导向型复合引发剂体系的总量为基准,所述水溶性偶氮系引发剂的含量为 20-40重量%,优选为25-35重量%。
[0031] 本发明的发明人在研究过程中发现,当所述结构导向型复合引发剂体系含有氧 化还原系引发剂、聚酰胺-胺树状大分子以及水溶性偶氮系引发剂时,当所述氧化还原 系引发剂中的氧化剂为过硫酸铵和/或过硫酸钾,还原剂为硫酸亚铁铵、亚硫酸氢钠和 Ν,Ν,Ν',Ν' -四甲基乙二胺中的一种或多种,且所述聚酰胺-胺树状大分子选自以乙二胺 为核的1代、2代、3代、4代、5代、6代、7代、8代、9代、10代的聚酰胺-胺树状大分子、以 1,4- 丁二胺为核的1代、2代、3代、4代、5代、6代的聚酰胺-胺树状大分子、以1,6-己二胺 为核的1代、2代、3代、4代、5代、6代的聚酰胺-胺树状大分子、以胱胺为核的1代、2代、 3代、4代、5代、6代的聚酰胺-胺树状大分子中的一种或多种时,得到的丙烯酰胺聚合物的 粘均分子量能够达到2500万以上(处于2920万-3650万之间),浓度为1500mg/L且矿化 度为32000mg/L的丙烯酰胺聚合物的水溶液在95°C的表观粘度能够达到15. 8-29mPa · s, 并且将该溶液在95°C下基本无氧的环境中进行的3个月的老化试验,老化粘度保留率为 90. 8-95%,该丙烯酰胺聚合物根据胜利油田企业标准Q/SH 1020 1572-2006测试的剪切 粘度保留率为95. 2-100%。
[0032] 根据本发明的结构导向型复合引发剂体系中的各个组分在使用前分开存放,在使 用时单独或共同添加到反应体系中即可。
[0033] 本发明还提供一种丙烯酰胺聚合物的制备方法,该方法包括在引发剂和无机碱性 物质的存在下,将丙烯酰胺和耐温抗盐单体在水中进行聚合,其中,所述引发剂含有本发明 提供的结构导向型复合引发剂体系。
[0034] 本发明中的丙烯酰胺聚合物是指通过将丙烯酰胺与耐温抗盐单体在共聚合条件 下反应而得到的聚合物,包括由丙烯酰胺形成的结构单元以及由耐温抗盐单体形成的结构 单元。
[0035] 根据本发明的丙烯酰胺聚合物的制备方法,在引发剂和无机碱性物质的存在下, 将丙烯酰胺和耐温抗盐单体在水中进行聚合的方法可以为本领域的常规方法。优选情况 下,在引发剂和无机碱性物质的存在下,将丙烯酰胺和耐温抗盐单体在水中进行聚合的方 式包括:将无机碱性物质与含有所述丙烯酰胺和耐温抗盐单体的水溶液混合,在惰性气体 保护下,将聚酰胺-胺树状大分子、还原剂和氧化剂以及任选的水溶性偶氮系引发剂与所 得的混合物混合后进行聚合;进一步优选情况下,在引发剂和无机碱性物质的存在下,将丙 烯酰胺和耐温抗盐单体在水中进行聚合的方式包括:将无机碱性物质与含有所述丙烯酰胺 和耐温抗盐单体的水溶液混合,在惰性气体保护下,将聚酰胺-胺树状大分子、还原剂和氧 化剂以及水溶性偶氮系引发剂与所得的混合物混合后进行聚合。
[0036] 由于本发明的方法是通过聚酰胺-胺树状大分子来使丙烯酰胺和耐温抗盐单体 的聚合在较低的初始聚合反应温度下进行实现本发明的目的的,因此,根据本发明的丙烯 酰胺聚合物的制备方法对于所述氧化还原系引发剂中的氧化剂的用量没有特别的限定,可 以为本领域中常规的用量。优选情况下,以1〇〇重量份的所述丙烯酰胺为基准,所述氧化还 原系引发剂中的氧化剂的用量为0. 001-0. 1重量份,更优选为0. 005-0. 05重量份。
[0037] 根据本发明,所述还原剂和聚酰胺-胺树状大分子的用量可以根据具体的使用要 求进行适当的选择,一般地,所述氧化剂、还原剂和聚酰胺-胺树状大分子的重量比可以为 1 :0. 1-10 :0. 1-10 ;优选地,所述氧化剂、还原剂和所述聚酰胺-胺树状大分子的重量比为 1 :0· 5-1 :0· 5-1。
[0038] 采用本发明的结构导向型复合引发剂体系,根据上述方法将丙烯酰胺和耐温抗盐 单体在水中进行聚合,能够充分发挥本发明的结构导向型复合引发剂体系的特点,进而获 得具有更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能、水溶性好、并且在高温下、高 矿化度的水中具有高的表观粘度的丙烯酰胺聚合物。
[0039] -般地,偶氮系引发剂的分解温度一般为35-90°C,根据本发明的发明人的研究, 就本发明提供的结构导向型复合引发剂体系而言,丙烯酰胺聚合体系的温度一般可以达 到60°C左右,因此将水溶性偶氮系引发剂与本发明的氧化还原引发剂体系和
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