一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，包括以下步骤：步骤S10、配制疏水缔合聚合物溶液，在疏水缔合聚合物溶液中加入环湖精、氯化钠溶液，制成待测试样溶液；步骤S20、在待测试样溶液内加入氯化钠溶液，再分别测量出待测试样溶液和混合溶液的质量浓度C、增比粘度ηsp、比浓粘度ηsp/C；步骤S30、用excel图解法来确定特性粘数[η]；步骤S40、特性粘数[η]进行检验。本发明的有益效果：利用环糊精具有疏水空腔的特点，包合疏水基团，屏蔽疏水缔合作用，避免缔合作用形成的超分子聚集对疏水缔合聚合物特性粘数测定的影响；测量的精度高；环糊精不具有表面活性，即使过量也不会影响测量准确度。
【专利说明】
一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法。
【背景技术】
[0002]疏水缔合聚合物是指在传统的水溶性聚合物的主链上引入极少量疏水基团的一类新型水溶性聚合物。由于其疏水基团之间的缔合作用能形成动态物理交联网络结构，具有比常规聚合物更强的增粘能力和剪切稀释性，在涂料工业和石油工业上具有广泛的应用前景。
[0003]疏水缔合聚合物分子链内和链间的缔合作用强弱，随聚合物浓度变化而不断改变。在低浓度下分子内缔合占据主导，疏水缔合聚合物尺寸收缩;而在高浓度下分子间缔合占据主导，聚集体尺寸随浓度增加而不断增大。这给疏水缔合聚合物的性能表征，如分子量和特性粘数([η])的测量等，带来很大的困难。分子量是评价聚合物性能的重要性能指标之一。实验室测定聚丙烯酰胺分子量的主要方法有沉降法、渗透压法、光散射法以及黏度法等。比较常用的方法是用黏度法来测定聚合物的特性粘数，特性粘数表示单位质量聚合物分子在溶液中所占流体力学体积的相对大小，它直接影响聚合物的流变性能。对常规的部分水解聚丙烯酰胺而言，其特性黏数通常采用国家标准。在国家标准中，以1.00mol/L的氯化钠溶液为溶剂能够有效屏蔽部分水解聚丙烯酰胺的聚电解质效应，测得的数据能够准确反应聚合物的特性粘数[η]。但是对于疏水缔合聚合物而言，盐的加入促进疏水基团之间的缔合作用，多个缔合聚合物常形成多分子的聚集体，导致测得的数据不能准确反映疏水缔合聚合物分子所占流体力学体积。目前，无论是测定疏水缔合聚合物的分子量还是其特性粘数，主要的技术思路都在于消除疏水基团之间的缔合作用，使疏水缔合聚合物在溶液中以单链形式存在。常用的方法有:(I)采用合适的溶剂或共溶剂，如甲醇、甲酰胺、Ν，Ν’_二甲基甲酰胺、四氢呋喃等；(3)加入表面活性剂屏蔽疏水缔合作用。这些方法各有其优劣，采用共溶剂的方法能消除疏水基团之间的缔合，但也会降低氯化钠的溶解度。氯化钠加入量不足可能导致聚合物分子链段的的静电斥力不能被完全屏蔽，造成实验误差。而加入表面活性剂的方法的困难在于确定表面活性剂的加量。少量的表面活性剂不能完全屏蔽疏水基团，而过量表面活性剂自身又形成胶束，影响实验结果。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，该方法具有以下特点:D-吡喃葡萄糖基以α-1，4_葡萄糖苷键连接而成的环糊精，具有疏水内腔和亲水外壁，能包合疏水基团，抑制疏水基团之间的相互缔合作用。且环糊精自身不具有表面活性，不会在溶液中形成胶束。因此，环糊精能够消除疏水基团的缔合作用，即使过量也不会影响实验结果。测得的疏水缔合聚合物特性粘数具有较高的测定精度，能反映疏水缔合聚合物单链特性。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，包括以下步骤:
[0006]步骤S10、配制疏水缔合聚合物溶液，在疏水缔合聚合物溶液中加入环湖精、氯化钠溶液，制成待测试样溶液；
[0007]步骤S20、在疏水缔合聚合物的待测试样溶液内加入氯化钠溶液，再分别测量出疏水缔合聚合物的待测试样溶液和混合溶液的质量浓度C、增比粘度nsp、比浓粘度nsp/c;
[0008]步骤S30、用excel图解法来确定特性粘数[η];
[0009 ]步骤S40、特性粘数[η ]进行检验。
[0010]进一步的是，所述步骤SlO的具体步骤为:
[0011 ]步骤SlOl、配置疏水缔合聚合物试样的固含量S1;
[0012]步骤S102、在疏水缔合聚合物式样中加入蒸馏水配置成疏水缔合聚合物溶液；
[0013]步骤S103、加入环糊精配置成环糊精/疏水缔合聚合物溶液；
[0014]步骤S104、将环糊精/疏水缔合聚合物溶液与氯化钠溶液放置于10mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，配置成待测试样溶液；
[0015]步骤S105、将待测试样溶液用玻璃芯漏斗过滤。
[0016]进一步的是，所述步骤S102具体为:用蒸馏水配置质量分数为0.2%的疏水缔合聚合物溶液，低速搅拌2小时至疏水缔合聚合物试样完全溶解后放置24小时。
[0017]进一步的是，所述步骤S103具体为:称取环糊精试样固含量S2，将其加入步骤S102中配置好的疏水缔合聚合物溶液中，完全溶解后放置2小时。
[0018]进一步的是，所述步骤S104的步骤具体为:用移液管准确称取50mL环糊精/疏水缔合聚合物溶液和50mL浓度为2.0OmoI/L的氯化钠溶液放置于10mL容量瓶中，放在30±0.050C水浴中，恒温后，用蒸馏水稀释至刻度，最后摇匀。
[0019]进一步的是，所述步骤S20的具体步骤为:
[0020]步骤S201、在毛细管粘度计内加入1mL的待测试样溶液，并测定待测试样溶液的流经时间ti，其中该待测试样溶液的质量浓度为Co ；
[0021]步骤S202、在毛细管粘度计内加入5mL浓度为1.0Omo VL的氯化钠溶液，氯化钠溶液与步骤S201中的1mL待测试样溶液混合均匀，再测定混合溶液的流经时间t2，其中此时混合溶液的浓度为2/3Co;
[0022]步骤S203、再在毛细管粘度计内逐次加入5、10、101^浓度为1.0011101/1的氯化钠溶液，并分别测得流经时间t3、t4、t5，其中混合溶液的浓度分别为l/2Co、l/3Co、l/4Co ；
[0023]步骤S204、将上述毛细管粘度计洗净干燥，再加入1mL浓度为l.0Omol/L的氯化钠溶液，恒温10分钟后测定流经时间to;
[0024]步骤5205、通过下列公式分别计算出浓度为0)、1/20)、1/30)、1/40)混合溶液的增比粘度rIsp: rIsp= (t—to)/1
[0025]式中:Hsp增比粘度；
[0026]t一一溶液的流经时间，s ;
[0027]to--l.0Omol/L的氯化钠溶液的流经时间，s;
[0028]步骤S206、最后分别计算出溶液的比浓粘度qsP/C。
[0029]进一步的是，所述氯化钠溶液的制备过程为:在恒温水浴中固定一个具塞锥形瓶，在其中加入干燥的玻璃砂芯漏斗过滤的浓度为1.0Omo 1/L的氯化钠溶液，恒温30分钟。
[0030]进一步的是，所述毛细管粘度计为乌氏粘度计。
[0031 ]进一步的是，所述步骤S30的具体步骤为:以质量浓度C为横坐标，比浓粘度nsp/c为纵坐标做散点图，线性回归厚度直线外推至纵坐标，纵坐标上的截距，即为特性粘数[η]。
[0032]进一步的是，所述步骤S40的具体步骤为:用excel中的拟合工具，对qsp/C?C散点图进行线性拟合，考察确定系数R2是否满足R2>0.98;若满足说明，疏水缔合作用完全被屏蔽，则停止操作;反之，疏水缔合作用还未完全被屏蔽，测得的特性粘数误差较大，应提高步骤S103中环糊精的用量，重复操作，直到满足R2 >0.98时。其中确定系数R2是度量拟合优度的统计量，拟合优度是指回归直线对观测值的拟合程度。R2的取值范围为在O到I之间，R2的取值越接近I，说明回归直线对观测值的拟合程度越好，反之则越差。
[0033]本发明的有益效果:利用环糊精具有疏水空腔的特点，包合疏水基团，屏蔽疏水缔合作用，避免缔合作用形成的超分子聚集对疏水缔合聚合物特性粘数测定的影响；测量的精度高，能准确反映，疏水缔合聚合物的单分子特性;环糊精不具有表面活性，即使过量也不会影响特性粘数测量准确度，可以加入过量环糊精的方法保证疏水基团被完全包合，而不用精确环糊精的加量，是一种适用于疏水缔合聚合物的特性粘度测定新方法。
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例1中聚合物AP-P4特征粘数测定曲线；
[0035]图2为本发明实施例2中聚合物AP-P4特征粘数测定曲线；
[0036]图3为本发明实施例3中聚合物3630S特征粘数测定曲线。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例对发明做进一步详细的说明。
[0038]实施例中采用的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，包括以下步骤:
[0039](I)、配置疏水缔合聚合物试样的固含量&;
[0040](2)、用蒸馏水配置质量分数为0.2%的疏水缔合聚合物溶液，低速搅拌2小时至疏水缔合聚合物试样完全溶解后放置24小时；
[0041](3)、称取环糊精试样固含量S2，将其加入步骤S102中配置好的疏水缔合聚合物溶液中，完全溶解后放置2小时，形成环糊精/疏水缔合聚合物溶液；
[0042](4)、用移液管准确称取50mL环糊精/疏水缔合聚合物溶液和50mL浓度为2.0Omol/L的氯化钠溶液放置于10mL容量瓶中，放在30°C水浴中，恒温后，用蒸馏水稀释至刻度，最后摇匀，配制成待测试样溶液；
[0043](5)、将待测试样溶液用玻璃芯漏斗过滤；
[0044](6)、在乌氏粘度计内加入1mL的待测试样溶液，并测定待测试样溶液的流经时间ti，其中该待测试样溶液的质量浓度为Co ；
[0045](7)在恒温水浴中固定一个具塞锥形瓶，在其中加入干燥的玻璃砂芯漏斗过滤的浓度为1.0Omol/L的氯化钠溶液，恒温30分钟；
[0046](8)、在乌氏粘度计内加入5mL( 7)中浓度为1.0Omo 1/L的氯化钠溶液，氯化钠溶液与(6)中的I OmL待测试样溶液混合均匀，再测定混合溶液的流经时间t2，其中此时混合溶液的浓度为2/3Co;
[0047](9)、再在乌氏粘度计内逐次加入5、10、10mL浓度为l.0Omol/L的氯化钠溶液，并分别测得流经时间t3、t4、t5，其中混合溶液的浓度分别为I /2C0、I /3Co、I/4Co ；
[0048](10)、将上述乌氏粘度计洗净干燥，再加入1mL浓度为l.0Omol/L的氯化钠溶液，恒温10分钟后测定流经时间to;
[0049](11)、通过下列公式分别计算出浓度为CQ、1/2CQ、1/3C()、1/4C()混合溶液的增比粘度rIsp: rIsp = (t—to)/1
[0050]式中:Hsp 增比粘度；
[0051 ] t一一溶液的流经时间，s ;
[°°52] to--l.0Omol/L的氯化钠溶液的流经时间，s;
[0053 ] (12 )、最后分别计算出溶液的比浓粘度nsp/c;
[0054](13)、以质量浓度C为横坐标，比浓粘度nsp/c为纵坐标做散点图，线性回归厚度直线外推至纵坐标，纵坐标上的截距，即为特性粘数[η];
[0055](14)、用excel中的拟合工具，对ruP/C?C散点图进行线性拟合，并得到确定系数R2；
[0056](15)考察确定系数R2是否满足R2>0.98;如果满足说明，疏水缔合作用完全被屏蔽，测定得到的特性粘数较为准确，停止操作;反之，疏水缔合作用还未完全被屏蔽，测得的特性粘数误差较大，应提高(3)中环糊精的用量，重复操作步骤(4)至(14)，直到满足R2>
0.98时，停止操作并得到最后的特性粘数[ri]，这样所得到的特性粘数[ri]才较为准确。
[0057]实施例1:
[0058]配置聚合物AP-P4溶液并稀释，稀释成含有1.0011101/1氯化钠的100011^/1和75011^/L的聚合物溶液。设定温度为30°C，通过乌氏粘度计测定测定不同初始浓度的聚合物溶液的流经时间，计算nsp，然后以质量浓度C为横坐标，比浓粘度ruP/C为纵坐标绘制ruP/C?C散点图。不同初始浓度的AP-P4聚合物溶液在不加入环糊精的条件下，拟合的图像线性关系很差，而且不同初始浓度的AP-P4聚合物溶液即使相同浓度下测得的ruP/C也不相同，这说明疏水缔合聚合物中的缔合作用导致常规方式测得的特性粘数不准确，不能正确反映疏水缔合聚合物的单链特性。详见附图1。
[0059]实施例2:
[0060]配置聚合物AP-P4溶液并稀释，稀释成含有1.00mol/L氯化钠的1000mg/L的AP-P4溶液，并加入50倍疏水基团摩尔含量的环糊精，搅拌均匀。设定温度为30°C，通过乌氏粘度计测定测定不同初始浓度的聚合物溶液的流经时间，计算nsp，然后以质量浓度c为横坐标，比浓粘度nsp/c为纵坐标绘制nsp/c?c散点图。AP-P4聚合物溶液在加入50倍疏水基团摩尔含量的环糊精的条件下，线性拟合得到确定系数R2>0.98。说明疏水缔合被加入的环糊精完全抑制，得到的特性粘数[η]准确，详见附图2。
[0061 ] 实施例3:
[0062] 配置聚合物3630S溶液并稀释，稀释成三份，每份都为l.0Omol/L氯化钠的100mg/L的3630S溶液，其中两份分别加入30和40倍疏水基团摩尔含量的环糊精，搅拌均匀，另一份不加入环糊精。设定温度为30°C，通过乌氏粘度计测定测定不同初始浓度的聚合物溶液的流经时间，计算nsP，然后以质量浓度C为横坐标，比浓粘度ruP/C为纵坐标绘制ruP/C?C散点图。不同环糊精加入计算得到的特性粘数[η]，没有明显的变化，说明过量环糊精的加入对不含疏水基团的聚丙烯酰胺溶液的特性粘数没有影响，环糊精对疏水缔合聚合物的特性粘数的影响仅来源于其对疏水基团的包合作用，详见附图3。
【主权项】
1.一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤SlO、配制疏水缔合聚合物溶液，在疏水缔合聚合物溶液中加入环湖精、氯化钠溶液，制成待测试样溶液； 步骤S20、在疏水缔合聚合物的待测试样溶液内加入氯化钠溶液，再分别测量出疏水缔合聚合物的待测试样溶液和混合溶液的质量浓度C、增比粘度nsP、比浓粘度nsP/c; 步骤S30、用excel图解法来确定特性粘数[η]; 步骤S40、对计算特性粘数[Tl]进行检验。2.根据权利要求1所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤SI O的具体步骤为: 步骤SlOl、配制疏水缔合聚合物试样的固含量S1; 步骤S102、在疏水缔合聚合物式样中加入蒸馏水配制成疏水缔合聚合物溶液； 步骤S103、加入环糊精配制成环糊精/疏水缔合聚合物溶液； 步骤S104、将环糊精/疏水缔合聚合物溶液与氯化钠溶液放置于10mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，配制成待测试样溶液； 步骤S105、将待测试样溶液用玻璃芯漏斗过滤。3.根据权利要求2所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S102具体为:用蒸馏水配制质量分数为0.2%的疏水缔合聚合物溶液，低速搅拌2小时至疏水缔合聚合物试样完全溶解后放置24小时。4.根据权利要求2所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S103具体为:称取环糊精试样固含量S2，将其加入步骤S102中配制好的疏水缔合聚合物溶液中，完全溶解后放置2小时。5.根据权利要求2所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S104的步骤具体为:用移液管准确称取50mL环糊精/疏水缔合聚合物溶液和50mL浓度为2.0Omol/L的氯化钠溶液放置于10mL容量瓶中，放在30±0.05°C水浴中，恒温后，用蒸馏水稀释至刻度，最后摇匀。6.根据权利要求2至5任一项权利要求所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S20的具体步骤为: 步骤S201、在毛细管粘度计内加入1mL的待测试样溶液，并测定待测试样溶液的流经时间ti，其中该待测试样溶液的质量浓度为Co ； 步骤S202、在毛细管粘度计内加入5mL浓度为1.0Omol/L的氯化钠溶液，氯化钠溶液与步骤S201中的1mL待测试样溶液混合均匀，再测定混合溶液的流经时间t2，其中此时混合溶液的浓度为2/3Co; 步骤S203、再在毛细管粘度计内逐次加入5、10、1mL浓度为1.0Omo VL的氯化钠溶液，并分别测得流经时间t3、t4、t5，其中混合溶液的浓度分别为l/2Co、l/3Co、l/4Co ； 步骤S204、将上述毛细管粘度计洗净干燥，再加入1mL浓度为1.0Omol/L的氯化钠溶液，恒温10分钟后测定流经时间to; 步骤S205、通过下列公式分别计算出浓度为Co、1/20)、1/30)、1/4C0混合溶液的增比粘度Hsp: Hsp — (t—to) /t 式中:risp 增比粘度； t一一溶液的流经时间，s; to--1.0Omol/L的氯化钠溶液的流经时间，S ； 步骤S206、最后分别计算出溶液的比浓粘度nsP/c。7.根据权利要求6所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述氯化钠溶液的制备过程为:在恒温水浴中固定一个具塞锥形瓶，在其中加入干燥的玻璃砂芯漏斗过滤的浓度为1.0Omo 1/L的氯化钠溶液，恒温30分钟。8.根据权利要求7所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述毛细管粘度计为乌氏粘度计。9.根据权利要求8所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S30的具体步骤为:以质量浓度C为横坐标，比浓粘度ruP/C为纵坐标做散点图，线性回归厚度直线外推至纵坐标，纵坐标上的截距，即为特性粘数[η]。10.根据权利要求9所述的一种疏水缔合聚合物特性粘数测定方法，其特征在于，所述步骤S40的具体步骤为:用excel中的拟合工具，对ruP/C?C散点图进行线性拟合，考察确定系数R2是否满足R2>0.98;若满足说明，疏水缔合作用完全被屏蔽，则停止操作;反之，疏水缔合作用还未完全被屏蔽，测得的特性粘数误差较大，应提高环糊精的用量，重复操作，直到满足R2>0.98时。
【文档编号】G01N11/06GK105954147SQ201610389979
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】舒政, 李玺, 叶仲斌, 罗平亚, 施雷庭, 印风军, 徐金腾, 杨梅
【申请人】西南石油大学