系列阳离子基温敏共聚物、制备方法及其作为破乳剂的应用

本发明涉及一种系列阳离子基温敏共聚物、制备方法及其作为破乳剂的应用，属于高分子聚合物。

背景技术：

1、随着油田开采中新工艺技术的推行，油田乳化液中逐渐出现了强稳定性的o/w型乳状液，且占比仍在不断攀升，这成为了原油破乳分离的一大难点。同时，为实现充分利用资源、减少环境污染的目标，原油破乳剂开始以绿色环保、高效脱水、低温破乳、等特点为发展趋势。在化学破乳中，高分子阳离子型破乳剂适用于乳状液界面膜具有负电性的乳状液，同时这类破乳剂往往兼具消毒、杀菌、抗静电等特性，是油田开采破乳脱水当中不可或缺的一份子。

2、作为一种典型的水溶性阳离子单体，二甲基二烯丙基氯化铵(n,n-diallyl-n-dimethyl ammonium chloride，简称dmdaac)的均聚物和共聚物在破乳剂的配方中运用广泛。然而dmdaac自身的结构致使其在亲脂方面的应用受到限制，例如在对有机含油废水的破乳上存在劣势。而具有温敏潜力的单体n-异丙基丙烯酰胺(n-isopropylacrylamide，简称nipam)的引入，赋予了该共阳离子聚物受温度调控的疏水性转变特点。至今为止有代表性的研究工作如下。

3、文献1(deng y,xiao h,pelton r.temperature-sensitive flocculants basedon poly(n-isopropylacrylamide-co-diallyldimethylammonium chloride)[j].journalof colloid and interface science,1996,179(1):188-193.)采用氧化还原引发剂过硫酸钾(kps)与四水合氯化亚铁(fecl2·4h2o)按照n(dmdaac):n(nipam)≈1:2.6的投料比制备了含2.2mol％dmdaac的poly(dmdaac-co-nipam)共聚物，并将其作为温敏絮凝剂运用到tio2吸附去除上，发现在临界溶解温度(lcst)以上时该类絮凝剂的絮凝速度快于常温。

4、文献2(xiang y,banks m k,wu r,et al.synthesis of thermo-sensitivepdda-co-pnipam/graphene hybrid via electrostatic interactions and its thermalmodulated phase transition[j].materials chemistry and physics,2018,220:58-65.)以过硫酸钾和fecl2·4h2o为引发剂，按照n(dmdaac):n(nipam)＝1:2通过水溶液聚合制备了lcst约为48℃的poly(dmdaac-co-nipam)，后利用其和氧化石墨烯(go)之间的静电相互作用，制备了基于石墨烯的热敏杂化物，作为热开关材料应用于水溶液中有机颜料的吸附和分离。

5、文献3(yang n,yuan r,li w,et al.magnetic-driving giant multilayerpolyelectrolyte microcapsules for intelligent enhanced oil recovery[j].colloids and surfaces a:physicochemical and engineering aspects,2023,664:131107.)采用静电自组装技术制备了带有poly(dmdaac-co-nipam)凝胶的磁性驱动巨型多层聚电解质微胶囊，利用其加热至lcst以上后疏水性大大增强，与油滴的结合能力增强，能使采油效率提高到70％以上。

6、上述的研究工作聚焦于两种单体的共聚工艺以及温敏性能在水处理领域的运用，也从一定层面上肯定了nipam的引入对dmdaac基聚合物在不同温度的应用场景下具有的应用效果。但在涉及不同阳离子度以及提高其相对分子质量方面，特别是制备满足特定需求的系列化改性共聚物的研究少有持续深入的报道。由于dmdaac单体的活性远低于nipam，使得共聚时比例调控难度增加。所以从合成角度出发，如何成功制备不同共聚比的poly(dmdaac-co-nipam)，以及维系聚合物中较高单体转化率与相对分子质量，以满足应用需要，成为该领域研究新的热点和重点。

技术实现思路

1、针对dmdaac类聚合物现有的应用限制，本发明提供系列阳离子度不同、特征黏度不同的系列阳离子基温敏共聚物、制备方法及其作为破乳剂的应用。

2、本发明所述的系列阳离子基温敏共聚物，结构式如下：

3、m、n≥2且均为自然数，特征黏度为0.8～6.4dl·g-1。

4、进一步地，所述的系列阳离子基温敏共聚物的特征黏度为1.49～5.51dl·g-1。

5、本发明所述的系列阳离子基温敏共聚物的制备方法，包括以下的步骤：

6、将二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)和异丙基丙烯酰胺(nipam)按摩尔比为8:2～1:9混合，氮气氛围下，一次性加入水溶性引发剂溶液和金属离子螯合剂溶液，加水调节总单体的起始质量分数为18.5％～63.0％，搅拌混合均匀，采用三步升温法加热反应液，保温聚合，用丙酮和乙醇精制后获得系列阳离子基温敏共聚物胶体，再经粉碎造粒，烘干，获得特征黏度([η])为0.8～6.4dl·g-1的系列阳离子基温敏共聚物干粉。

7、进一步地，dmdaac与nipam的摩尔比为3:7～5:5。

8、进一步地，水溶性引发剂选自过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成的氧化还原体系(aps-rh)、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐(va-044)或偶氮二异丁基脒盐酸盐(v-50)。在本发明具体实施方式中，以v-50为例。

9、进一步地，水溶性引发剂的质量为总单体质量的0.05％～0.65％，更优选为0.10～0.25％。

10、进一步地，金属离子螯合剂选自乙二胺四乙酸四钠或乙二胺四乙酸二钠，占总单体质量分数的0.0030％～0.0150％。

11、进一步地，三步升温法的具体反应条件为：温区依次为35～55℃，50～65℃和60～75℃，各温区的保温聚合时间均为3.0±0.5h。

12、进一步地，烘干方法为：在80～100℃下的流化床或真空干燥箱烘干，烘干时间为6.0±0.5h。

13、本发明还提供上述系列阳离子基温敏共聚物作为水包油型乳化液破乳剂的应用。

14、优选地，水包油型乳化液为原油，破乳温度为阳离子基温敏共聚物的lcst以上。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、(1)相较于已有的共聚工艺，本发明制备工艺简便，可实现阳离子基温敏共聚物的共聚比例大范围调控，同步实现不同特征黏度共聚产物的系列化制备；

17、(2)本发明的系列阳离子基温敏共聚物作为破乳剂使用时，为一种具有智能特性的高分子季铵盐破乳剂，其能根据体系温度的变化实现亲水-疏水间的可逆转化，同时兼具消毒、杀菌、抗静电等特性；对比单体对应均聚物和市售破乳剂，本发明的系列阳离子基温敏共聚物破乳剂对破乳温度、投加量以及破乳时间的要求更低，同时保持相当或者更优的破乳效果。