[发明专利]一种超支化疏水缔合水溶性聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超支化疏水缔合水溶性聚合物及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

疏水缔合水溶性聚合物，是指在水溶性聚丙烯酰胺主链上引入少量疏水基团仍具有水溶性的聚合物。在水溶液中，疏水缔合水溶性聚合物通过疏水缔合作用在溶液中形成了三维网络状结构，从而显著提高水溶液的粘度（冯玉军,罗传秋,罗平亚等.疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺的溶液结构的研究[J].石油学报(石油加工).2001,17(06):39-43）。与一般聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺类)相比，疏水缔合水溶性聚合物具有更好的增粘及抗温、抗盐、抗剪切等特殊性质（车玉菊.耐温抗盐型丙烯酰胺共聚物的合成及性质研究[D].济南：山东大学.2010），广泛用于油田三次采油。

为了提高疏水缔合水溶性聚合物的溶解性，保持聚合物溶液性能，引入的疏水单体量较少，但在水溶液中缔合作用不理想（Podhajecka K,Prochazka K,Hourdet D.Synthesis and viscoelastic behavior of water-soluble polymers modified with strong hydrophobic side chains[J].Polymer,2007,48(6):1586-1595）。因此，为进一步提高疏水缔合水溶性聚合物的增粘能力以及驱油效果，一方面是提高分子量，但过高的分子量不但增加聚合反应难度，也难以进行溶解和使用，同时抗剪切能力降低；另一方面是提高水解度，用水解得到的羧基带电基团之间的静电斥力增大高分子的流体力学半径，从而得到更强的增粘效果，但是在高矿化度的环境下，由于高离子强度的屏蔽，链段间静电斥力大大减弱，这一优点也不显著，高温不但降粘，也加速水解，引起了聚合物溶液的粘度、弹性和强度等性能的降低，驱油效果差。

为了提高疏水缔合在高温高矿化度油藏中，具有理想的性能和驱油效果，疏水缔合水溶性聚合物必须具有很好的增粘能力和很强的耐温、抗盐、抗剪切能力以及长期稳定性。在引入疏水缔合基团的同时，引入含芳香环刚性侧基团可使聚合物分子链刚性增强，以阻止其在高矿化度条件下发生链卷曲，提高聚合物的抗盐性能，同时可以增加大分子链的热稳定性，使其水溶液可在高温下保持较高的粘度。即使老化过程中伴有分子链的断裂，因刚性基团的位阻效应，分子运动阻力大，则聚合物溶液的表现粘度降低幅度较小。研究表明，相对分子质量、分子链的刚性、疏水缔合作用的强弱是影响疏水缔合水溶性聚合物增粘效果的主要因素（郭拥军,冯茹森,薛新生等.分子间高缔合比例疏水聚合物研究(Ⅱ)[J].西南石油大学学报.2007,29(04):164-166；吕鑫,郑焰.水溶性疏水缔合水溶性聚合物链刚性对其性能的影响[J].西南石油大学学报(自然科学版).2009,31(01):125-127）。随着链刚性的增加聚合物的溶解性能略有下降，而耐温抗盐性能以及抗剪切性能明显增加，同时链刚性增加可以使疏水缔合水溶性聚合物的临界缔合浓度降低，并且链刚性越大，临界缔合行为越明显。说明链刚性的增加对疏水缔合水溶性聚合物性能改善作用显著（耿同谋.单体N,N-双烯丙基十二胺的合成及其疏水缔合水溶性聚合物的性能[J].应用化工.2011,40(09):1599-1602）。

超支化聚合物由于其独特的支化分子结构，不同于线形聚合物的分子运动，表现出许多线形聚合物所不具有的特殊性能。超支化聚合物的合成与树形分子的多步重复合成方法相比，具有反应条件简单、可一步合成、易工业化等优点。虽然合成方法比树形分子简单的多，但超支化聚合物仍保持了树形分子的许多结构特征，如大量的端基，具有中心核官能团以及类似球形的分子结构形态等，因而性能在很多方面也与树形分子接近（谭惠民,罗云军.超支化聚合物[M].北京:化学工业出版社.2005）。超支化聚合物的结构不要求完美，其分子形状是椭球形。超支化聚合物与线性聚合物在结构上也有很大的差别。线性聚合物中线性部分占大多数，支化点很少，分子链容易缠结，体系的粘度随着分子量的增大而迅速增加。而超支化聚合物中主要是支化部分，支化点较多，支化部分至少呈50%的几率增长。分子具有类似球形的紧凑结构，分子链缠结少，分子量的增加对粘度影响小，与线性同系物比，具有较高的溶解性和较低的粘度（崔丽艳.改性阳离子聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究[D].东北石油大学.2011）。