[发明专利]一种两性离子聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种两性离子聚合物及其反相乳液聚合方法，具体涉及利用一种两性离子单体和两种及以上非离子型单体共聚，获得在水中整体表现出非离子共聚物的特性、对水溶液矿化度不敏感的乳液型聚合物。

技术背景

近年来，三次采油的需要使耐温耐盐聚合物的研制成为国内外水溶性聚合物研制的热点。提高聚合物抗盐耐温的措施有：提高聚合物相对分子质量、引入功能性单体、制备具有反聚电解质效应的两性聚合物、引入疏水基团使分子间缔合等，这些方法都是为了增大了聚合物分子在高温和高矿化度条件下的水动力学体积，以期获得较高的溶液粘度。

其中，两性聚合物是指聚合物链上同时带有正负两种电荷的聚合物，在两性聚合物溶液中，当所含正负电荷基团数目相等，大分子链上净电荷为零时，即两性离子聚合物处于等电点(isoeloztric point)时，基团间的静电作用力表现为相互吸引，分子链收缩。此时，若加入小分子盐，由于电荷之间的排斥作用，聚合物会出现链段扩张，水动力学尺寸增大，这即反聚电解质效应(anfipolyelerolyte effect)。两性离子聚合物可分为两种：一是由两性离子单体均聚或两性离子单体和非离子型单体共聚而成，二是由阳离子型单体、阴离子型单体共聚或阳离子型单体、阴离子型单体以及非离子型单体共聚而成。从整个聚合物分子的电性看，前者的聚合物分子链中正、负电荷相等，在水溶液中分子内或分子间的正、负电荷相互吸引、中和，在水中整体表现出非离子共聚物的特性。而后者的聚合物分子中带正电的阳离子链节和带负电的阴离子链节数目可以相等，也可以不相等，由于不同单体聚合性能的差异，要想得到正、负电荷数相等的聚合物分子难度极大，这就导致聚合物分子在水溶液中正、负电荷不能完全中和而显示正电性或负电性。

目前在油田开采中常用的两性离子聚合物多为含阳离子链节和阴离子链节的两性离子聚合物，该类两性离子聚合物粘度受矿化度的影响较大，如在油田开采中钻井液用的降粘剂XY27和包被剂FA-367、调剖用FT-213等。但纯粹的两性离子聚合物不多。

美国专利US3497482最早公开了N，N-dimethyl-N-(2-methacryloyloxyethyl)-N-(3-sulphopropyl ammonium inner salt)(SPE)，即N，N`-二甲基-N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)-N-(3-丙基磺酸铵内盐)与甲基丙烯酸乙酯和丙烯酰胺的聚合反应，得到两性离子聚合物，所采用的聚合方式为水溶液聚合。

Zimehl等在Colloid Polym.Sci.(1990)268，924-933中描述了用N-(3-sulphopropyl)-N-methacrylomidyl propyl(N，N-dimethylammonium betaine)(SPP)，即N-(3-磺酸丙基)-N-甲基丙烯酰氧丙基-N，N`-二甲基甜菜碱的乳液聚合反应，得到两性离子聚合物。

韩玉贵等在文献“反相乳液聚合法制备一种新型的两性离子聚合物”中(“石油化工”2006(3))，介绍了用两性单体甲基丙烯酰氧乙基-N，N`-二甲基-N-丙磺酸胺盐(DMPS)与丙烯酰胺(AM)共聚制得具有反聚电解质性质的两性聚合物poly(AM-co-DMPS)。但该文献所制备的两性离子聚合物分子量不高，其特性粘数只有6.5dL/g，粘度偏低，可用作抗盐的钻井液包被剂，不能作为抗盐聚合物驱油剂用于海上油田提高采收率。

由于两性离子单体属于酸、碱型内盐，在水中易溶解，适宜采用反相乳液聚合的方法与其他非离子单体共聚，得到整体不显电性的内胺酯型两性离子聚合物。而且乳液聚合方式制备的高分子聚合物具有固含量高、溶解快、相对分子质量分布比较均匀的优点。但是，当所制备的两性离子聚合物分子量较大时，在水溶液中的溶解速度变慢，因为所用的两性离子单体中含有的N，N`-二甲基空间位阻较小，使得制备的高分子中正负离子基团容易产生分子内或分子间盐键，形成交联网状结构，具有部分水凝胶性质，溶解较慢。在聚合时加入含有氧乙烯链节的非离子单体，得到的聚合物分子整体仍然不显电性，但是该类型的非离子单体链节阻碍分子内或分子间盐键的形成，使聚合物的溶解速度大大提高。

发明内容

本发明人通过大量的试验研究发现，在反相乳液聚合体系中除加入丙烯酰胺外再加含有氧乙烯链节的非离子单体时，不仅可以提高聚合物的水解稳定性，而且有助于提高聚合物的溶解速度，所制备的聚合物乳液用海水配制时仍具有较高的粘度，可用作海上油田提高采收率的抗盐驱油剂以及钻井液流型调节剂。