疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，包括：（a）首先，制备疏水缔合聚合物；（b）然后，将疏水缔合聚合物通过溶剂溶解成不同质量浓度的溶液；（c）分别取不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液置于实验容器中；（d）将实验容器分别置于相同温度的水浴中；（e）在相同速度的搅拌条件下，通过粘度计测得不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液的表观粘度，通过分析数据，从而得出疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度的影响。本发明能成功应用于疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本。
【专利说明】疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法。
【背景技术】
[0002]疏水缔合聚合物，是指聚合物亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性聚合物。在水溶性大分子链上引入少量的疏水基团使其水溶液表现出独特的流变性能。在一定的聚合物浓度之上，疏水部分缔合形成动态的三维网络结构，从而形成很大的超分子链聚集体，增大聚合物的流体力学体积，显著地提高溶液的粘度。小分子电解质的加入可增加溶剂的极性，使疏水缔合作用增强，产生明显的抗盐性。在高剪切作用下，疏水缔合形成的动态物理交联网络结构被破坏，溶液粘度下降，剪切作用降低或消除后大分子链间的物理交联重新形成，粘度又将恢复，不发生一般高分子量的聚合物在高剪切速率下的不可逆机械降解。正是由于其独特的溶液性质，它可能在许多领域得到应用，如三次采油、制药、太阳能转换、化妆品、涂料、水处理及减阻剂等。近年来其相关研究倍受关注。
[0003]疏水亲酯现象是很普遍的，在临界缔合浓度以下，主要形成分子内缔合，其结果是使线团收缩，流体力学体积减小；在0八0以上则主要形成以分子间缔合为主的超分子结构而具有较好的增粘性。通过分子间缔合，溶液的宏观性能上表现出增粘性强、具有一定的抗温、抗盐和抗剪切能力的特点。疏水缔合聚合物的这些独特性能使其在许多工业技术中都表现出巨大的应用潜力，而且对于模仿生命体中的两亲类物质的溶液行为具有重要的意义，因而对疏水缔合水溶性聚合物的探索成为近二十年来水溶性聚合物研究领域中最令人感兴趣的课题之一，并成为工业和学术界研究的焦点。
[0004]对两亲类聚合物的研究应追溯到五十年代初期，Strauss及其助手为此合成了一系列聚皂用以模仿蛋白质的溶液行为，Kauzmann首先提出了 “疏水相互作用”的概念，并用其描述生物聚合物如蛋白质的构象转变、基质对酶的束缚、生物体中膜的形成等一系列与生命科学相关的现象。六十年代后期，Strauss小组又合成了一系列具有疏水性的超线团聚合物。同一时期，疏水改性脲烷(HEUR)问世并很快用于改善水基胶乳涂料的流变性。直到今天，研究人员仍在努力，试图对HEUR做进一步改进或寻找新材料代替HEUR。
[0005]上世纪八十年代，疏水缔合聚合物独特的溶液性质及其巨大的应用潜力吸引了大量研究人员。Landoll关于羟乙基纤维素(HEC)疏水改性的研究被认为是研究疏水缔合水溶性聚合物真正的开端。Emmons等人发表了用丙烯酰胺(AM)与长链烷基N-取代丙烯酰胺(CnAM)共聚合作水基涂料的专利。1984年前后，埃克森研究及工程公司的研究人员开始探讨将疏水缔合聚合物用于油气开采的可行性，并对此进行了持续而深入的研究，开发出了多种疏水单体，并发明了解决疏水缔合聚合物聚合过程中亲水单体和疏水单体不相容的问题的新型聚合方法，即自由基胶束聚合法，简称胶束聚合，该方法迄今为止仍是疏水缔合聚合物所有聚合方法中的最佳方法。
[0006]疏水缔合水溶性聚合物按构成主链的原子不同，可分为碳链和杂原子分子主链聚合物，前者主要是由亲水基团和疏水基团的烯类单体聚合物得到的共聚物，亲水单体常用的主要有丙烯酰胺和丙烯酸等，疏水单体主要有丙烯酰胺衍生物、长链丙烯酸酯等；后者主要经大分子反应即通过对水溶性高分子化合物改性，引入疏水官能团。大分子反应法优点是可以直接用商品聚合物作起始原料，而且得到的产物相对分子质量高，其缺点是反应在高粘度的聚合物溶液中进行，反应物不容易混合均匀。用这种方法可把羟乙基纤维素(HEC)与带有活性基团的疏水化合物进行反应，这些疏水化合物可以是带有长链烷基的环氧化合物、卤代烃、酰卤、异氰酸酯等，也可以在聚乙二醇(PEG)两端接疏水基团，但一般引入的疏水基团的量都很少，因为疏水单体含量高会显著降低水溶性高分子的溶解性，而且杂原子主链聚合物与碳链聚合物相比，热稳定性较差。因为高分子链中的碳原子被氧、硫、氮等杂原子取代时，C-0、C-S、C-N键的键能低于C-C键，聚合物热稳定性降低。因此，目前用于油田三次采油的疏水缔合水溶性聚合物主要是由亲水基团和疏水基团的烯类单体聚合得到的共聚物。利用共聚合方法制备的疏水缔合聚合物常用的亲水单体是丙烯酰胺(AM)，因为丙烯酰胺适合于制备高分子量的水溶性聚合物，价格合理。另外，为了增加共聚物的溶解性，还可加入其他的阴离子单体如丙烯酸(甲基丙烯酸)、乙烯基磺酸盐、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)等和阳离子单体如甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵、2-丙烯酰亚胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵(AMPTAC)、二烯丙基二甲基氯化铵等。
[0007]疏水缔合水溶性聚合物的结构特征是在聚合物的分子链上引入少量疏水基团。亲水部分的极性基团可以与水分子形成氢键而显示很强的亲和力。构成疏水缔合聚合物分子疏水部分的是非极性基团，它们与水分子之间只有范德华引力，这种作用力比水分子之间的相互作用氢键弱得多，因而不能有效地取代与水分子以氢键相互作用。处于溶解状态的此类溶质分子的疏水基团存在于水环境中，疏水基逃离水环境的途径是在溶液内部形成缔合体，疏水缔合聚合物分子以疏水基缔合在一起形成聚集体。疏水基团由于不溶于水，在水分子的驱动下靠在一起，反过来也可以理解为疏水基团受到缔合力的作用聚集在一起。
[0008]由于疏水缔合水溶性聚合物具有独特的结构，因而具有很好的抗温、抗盐及抗剪切等不同于一般聚合物的特殊的溶液性能。近年来，疏水缔合水溶性聚合物新产品的开发、结构探讨、性能研究逐渐成为人们研究的重点。孪尾疏水缔合水溶性聚合物在溶液中的性质也应该与聚合物的浓度、结构和组成、分子量等内部因素以及温度、剪切速率、溶液离子强度、表面活性剂等外部因素有关系，有必要对其进行进一步的探讨。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，该测试方法能成功应用于疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本。
[0010]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，包括以下步骤:
Ca)首先，制备疏水缔合聚合物；
(b)然后，将疏水缔合聚合物通过溶剂溶解成不同质量浓度的溶液；
(C)分别取不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液置于实验容器中；
(d)将实验容器分别置于相同温度的水浴中；
(e)在相同速度的搅拌条件下，通过粘度计测得不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液的表观粘度，通过分析数据，从而得出疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度的影响。
[0011]所述实验容器为烧杯。
[0012]所述水浴温度为25°C。
[0013]所述粘度计为ZNN-D6型六速旋转粘度计。
[0014]所述疏水缔合聚合物的质量浓度分别为1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、7.0g/L、8.0g/L、9.0g/L。
[0015]综上所述，本发明的有益效果是:能成功应用于疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为不同疏水缔合聚合物质量浓度的表观粘度示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0018]实施例:
本发明涉及的一种疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，包括以下步
骤:
(a)首先，制备疏水缔合聚合物；
(b)然后，将疏水缔合聚合物通过溶剂溶解成不同质量浓度的溶液；
(C)分别取不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液置于实验容器中；
(d)将实验容器分别置于相同温度的水浴中；
(e)在相同速度的搅拌条件下，通过粘度计测得不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液的表观粘度，通过分析数据，从而得出疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度的影响。
[0019]所述实验容器为烧杯。
[0020]所述水浴温度为25°C。
[0021]所述粘度计为ZNN-D6型六速旋转粘度计。
[0022]所述疏水缔合聚合物的质量浓度分别为1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、7.0g/L、8.0g/L、9.0g/L。
[0023]由上述方法测得的结果如图1所示，由图1可知:水溶液表观粘度随聚合物浓度的增加而持续增加，当其浓度达到一定值时，其水溶液表观粘度急剧上升。这种现象表明，由于AM大分子链上疏水基团的加入，使大分子线团间产生疏水缔合作用，形成一种超分子结构一动态物理交联网络，从而大大提高了聚合物水溶液的表观粘度。此外，从图1还可以看出，在水溶液的粘度一浓度曲线中，当疏水单体(DC)用量在0.4%?1.2%聚合物溶液中，聚合物浓度C = 5.0g/L左右，疏水单体(DC)用量在2.0%时，聚合物浓度C = 4.0g/L左右。分别在各自曲线上出现了一个转折点，经过这一点后，溶液表观粘度随聚合物浓度增加而急剧增加，我们通常把这一点对应的浓度称为临界缔合浓度C*，即为溶液表观粘度急剧增加时所对应的聚合物浓度。当C < C*时，HPAM溶液的表观粘度略高于疏水缔合水溶性聚合物P (AM/NaAA/DC)溶液的表观粘度；当C > C*时，疏水缔合水溶性聚合物溶液的表观粘度远远高于HPAM水溶液的表观粘度，且表观粘度随浓度的增加而急剧增加。这主要是因为在临界缔合浓度以下，由于疏水基团在水溶液中的含量较低，疏水基团自身缔合趋势较大，在溶液内部主要形成分子内缔合,使聚合物大分子链发生卷曲,流体力学体积减小，因而造成相同浓度下，疏水缔合聚合物水溶液的表观粘度比HPAM水溶液的表观粘度低；在临界缔合浓度以上由于疏水缔合聚合物浓度的增加，有利于分子间的疏水缔合，在溶液内部形成以分子间缔合为主的超分子结构，增大了流体力学体积，使疏水缔合聚合物表现出良好的增粘特性。这就是疏水缔合水溶性聚合物存在粘度跃升的临界值的原因。
[0024]对于同一系列的孪尾疏水缔合聚合物来说，在临界缔合浓度以上，随着疏水单体(DC)含量的增加，共聚物溶液的表观粘度也增大，这主要是由于在临界缔合浓度以上，疏水基团之间的缔合主要是以分子间缔合为主，随着疏水单体含量的增加，分子间缔合增强，流体力学体积增大，表现为表观粘度相应增加。而在临界缔合浓度以下，随着DC含量的增加，共聚物水溶液的表观粘度反而下降，这主要是由于在临界缔合浓度以下，疏水基团之间的缔合主要是以分子内缔合为主，随着疏水单体含量的增加，分子内缔合增强，导致分子链卷曲，宏观上表现为表观粘度相应下降。这说明，在临界缔合浓度以上，疏水缔合作用随着疏水单体含量的增加而增强，但疏水基团含量越高，形成分子间和分子内缔合的几率均相应增加，而分子内缔合又会减弱因分子间缔合而产生的粘度增加的效果，因分子间缔合作用强于分子内缔合作用，所以此时仍然是以分子间缔合为主，但在宏观上表现为粘度增加幅度减小。
[0025]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先，制备疏水缔合聚合物； (b)然后，将疏水缔合聚合物通过溶剂溶解成不同质量浓度的溶液； (C)分别取不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液置于实验容器中； (d)将实验容器分别置于相同温度的水浴中； (e)在相同速度的搅拌条件下，通过粘度计测得不同质量浓度的疏水缔合聚合物溶液的表观粘度，通过分析数据，从而得出疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度的影响。
2.根据权利要求1所述的疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，其特征在于，所述实验容器为烧杯。
3.根据权利要求1所述的疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，其特征在于，所述水浴温度为25°C。
4.根据权利要求1所述的疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，其特征在于，所述粘度计为ZNN-D6型六速旋转粘度计。
5.根据权利要求1所述的疏水缔合聚合物质量浓度对表观粘度影响的测试方法，其特征在于，所述疏水缔合聚合物的质量浓度分别为1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、.6.0g/L、7.0g/L、8.0g/L、9.0g/L。
【文档编号】G01N1/28GK103837440SQ201210481845
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月24日 优先权日:2012年11月24日
【发明者】唐静 申请人:唐静