疏水缔合聚合物的制备(2)

2019-01-18 20:45

基团影响的综合结果。温度升高有利于吸热的“熵驱动”疏水基之间的相互作用,使缔合作用增强,同时升温使离子基团的热运动加剧,消弱了静电作用,引起分子链的伸展,这些均有利于溶液粘度的上升,可以称之为“正效应”;升温也使疏水基团的热运动加剧,并且改变了疏水基周围的冰山结构,削弱疏水缔合作用,同时也使亲水基团的水化作用减弱,引起分子链的收缩,这些都导致粘度的下降,称之为“负效应”。正负效应的共同结果决定温度对溶液性能的影响[29]。

(6) 化学相互作用对缔合聚合物流变行为的影响

化学相互作用主要是指外加试剂(如无机盐、表面活性剂、聚合物或其它同类物质)与疏水缔合聚合物的相互作用,它们主要是通过影响体系中的疏水作用力、静电作用力来改变分子链在溶液中的微观构象,进而影响溶液的溶液性能。加人的小分子电解质可屏蔽电荷斥力,导致链收缩,同时增加介质极性,减小分子链间斥力,有利于疏水缔合。这两种影响因素相互竞争,在低聚合物浓度时产生分子内缔合,使粘度降低;在高聚合物浓度时产生分子间缔合,使粘度升高。对于非离子疏水缔合聚合物,加人无机盐会增加介质的极性,疏水基团会通过相互缔合来减少它们在水中的暴露程度。这与疏水基在离子型表面活性剂中形成胶束的行为相似。增加盐度可以促进簇集降低临界缔合浓度。

表面活性剂与疏水缔合聚合物通过疏水作用可以形成混合胶束,从而交联多个分子链上的疏水基形成物理网架结构, 改变大分子链的形态及流体力学体积,使宏观性质发生变化。这种影响与表面活性剂的类型、聚合物的类型以及疏水缔合的形式有关。

表面活性剂浓度对缔合聚合物溶液的粘度影响很大,一般表现为“鞍形”曲线。在表面活性剂CMC以下时,活性剂聚集在聚合物疏水链上,增加了疏水微区的疏水性,使得分子间作用得到加强。此时来自不同的聚合物链上的疏水基位于同一胶束中,溶液的粘度随活性剂浓度的增加而增加,当表面活性剂浓度接近或低于CMC时,粘度达到最大值;超过CMC以后,活性剂本身形成胶束,其与疏水基之间的相互作用消弱,无法达到有效连接,引起体系粘度的下降[30]。

非离子型疏水缔合聚合物与离子型表面活性剂的相互作用时,除了疏水作用使多分子形成混合胶束,随之带人的活性剂的离子端基在混合胶束间引人了静电排斥,使分子链扩展,流体力学体积增大,粘度有明显的上升。当疏水基团含量很大时还会发生相分离沉淀;非离子型表面活性剂则对溶液的溶液性能无明显影响。

离子型疏水缔合聚合物与反电荷的表面活性剂的相互作用由于正负离子的静电作用力而得到加强,粘度增加的幅度也大于非离子型聚合物的情况,这种强作用力甚至会引起缔合相分离[31];而与相同电性活性剂作用时,电性排斥妨碍了混合胶束的形成,同时活性剂起无机盐的作用,屏蔽了聚合物分子链的电荷,

导致呈蜷曲构象,使得溶液粘度随活性剂浓度的增加而缓慢下降;与非离子表面活性剂的相互作用很弱,难以发生缔合作用,溶液粘度几乎不发生变化[30]。

表面活性剂对疏水缔合聚合物的溶液性能的影响非常复杂,虽然宏观性质方面已经取得了一些进展,但其内部机制仍不是很清楚,这方研究仍在进行中。

疏水缔合聚合物具有两亲结构,不同缔合聚合物相互作用时的情况非常复杂,需要同时考虑疏水作用、库仑作用、氢键作用等[32]。 1.4 疏水缔合聚合物的应用前景

疏水缔合水溶性聚合物在许多领域都有着重要的用途,尤其是在石油工业中的应用越来越广泛。在石油开采中,常使用水溶性聚合物提高采收率,但在三次采油中,由于地层较深、油井内温度较高、矿化度较大,所遇到的特殊油藏越来越多,这类聚合物因耐温、抗盐性能差而受到限制;而疏水缔合水溶性聚合物在溶于水时,疏水链段发生缔合,在高温或高矿化度下,因疏水链的这种缔合使溶液粘度随电解质溶液浓度增大而增大,随温度升高而升高,所以这类聚合物有着较好的抗温、抗盐性和储存稳定性,可望用作高温、高盐油藏的聚合物驱油剂、复杂油藏条件下(特别是高盐和裂缝油藏注采井网)的调堵剂以及在强化采油中的流变控制剂[33]。


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