水溶液中溶解性能的好壞是一種聚合物最終 能否應(yīng)用于油氣開采的首要條件[1。疏水改性聚丙 烯酰胺(HMPAM )是在聚丙烯酰胺(PAM )或部分水 解聚丙烯酰胺（HPAM )的親水主鏈上引入極少量 (摩爾濃度一般低于2%)[2]疏水側(cè)基所形成的一類 新型水溶性聚合物。由于在HMPAM主鏈上引入 了非極性的疏水側(cè)基，盡管其流變性能得到了一定 的改善，但水溶性受到一定的影響。其次，疏水基的 分子間或分子內(nèi)締合也會(huì)影響其溶解速度。

為了解決疏水締合所帶來的増粘性強(qiáng)和溶解性 差的矛盾，文獻(xiàn)[3]利用一系列緩沖基（spacer)長(zhǎng)度 不同的表面活性大單體(surfomer)與丙烯酰胺共聚 獲得了成功，但同其它報(bào)遒4] 一樣，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，對(duì)于溶解性的判 斷僅限于肉眼觀察。最近，文獻(xiàn)[5, 6]都提出使用分 光光度計(jì)檢測(cè)溶液的透光度判斷疏水締合聚丙烯酰 胺(不含離子基）和疏水改性羧甲基纖維素（HM- CMC)溶解能力的優(yōu)劣，但這種辦法僅適合極稀溶 液，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的中等濃度條件的溶液缺乏應(yīng)用 意義。文獻(xiàn)[7]聯(lián)合使用電導(dǎo)、電位滴定、靜態(tài)和動(dòng) 態(tài)光散射研究了疏水改性堿溶性乳液(HASE)的溶 解行為，但其研究重點(diǎn)是該類聚合物溶解過程中構(gòu) 象行為的變化，對(duì)聚合物本身的溶解能力并未涉及。 對(duì)于離子型聚合物，在早期的研究中，文獻(xiàn)[8, 9]曾 報(bào)道過利用電導(dǎo)法，根據(jù)離子的導(dǎo)電能力，研究了極 性聚丙烯酰胺的水溶性。

由于本文所合成的疏水改性聚丙烯酰胺仍含有 離子基團(tuán)，故借鑒此方法，對(duì)一系列疏水締合聚丙烯 酰胺的溶解速度進(jìn)行了測(cè)量，通過溶解速度判斷其 溶解能力，著重考察了疏水基團(tuán)含量、離子基團(tuán)種 類、分子量高低、聚合物粒度大小對(duì)聚合物溶解能力 的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料和試劑

所用系列疏水締合聚丙烯酰胺的合成、純化和 表征己在文獻(xiàn)[10]作過報(bào)道，其組成和物理特性見 表1。其中18-x-系列聚合物由丙烯酰胺(AM )、 丙烯酸鈉(NaAA)和一種疏水側(cè)鏈為C18的疏水單 體通過自由基共聚制得；18-X-2系列的陰離子單體 為2 —丙烯酰胺基一2—二甲基丙磺酸鈉 (NaAMPS)，其它組成與18-X-1系列相同。樣品代 號(hào)中“ 18”表示疏水基長(zhǎng)度，“ XX”表示疏水基含量， “1”表示陰離子集團(tuán)為COO-“2”表示陰離子基團(tuán) 為SO—

為進(jìn)行對(duì)比，在相同條件下合成了不含疏水基 的共聚物。根據(jù)元素分析結(jié)果，這些聚合物的最終 組成與投料組成接近[10]。聚合物分子量根據(jù)在1.0 mol/LNaCl 測(cè)定的特性粘數(shù)[11]和 Mark-Houwink 方程[12計(jì)算而得，本文僅作相對(duì)比較。實(shí)驗(yàn)用水為去離子蒸餾水。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，對(duì)部分樣品利用高型)粉碎，并通過系列分樣篩分級(jí)以考察聚合物樣品

速萬能粉碎機(jī)（江蘇姜堰市洪林電器設(shè)備廠XA-1顆粒大小對(duì)溶解性的影響。

表1系列疏水締合聚丙烯酰胺的組成及物理特性

樣品代號(hào)聚合物組成/(mol/mol)粘均分子量備注

AM :NaAA :疏水基AM :NaMPS :疏水基

PAMNaAA-15

18-0.25-185 00 84.7515 00:0 00 15 00:0 254. 09X 106 1.44X 106陰離子 基團(tuán)為 羧酸根 (⑶O )

18-0.50-184.5015 00:0 501.25X 106

18-0.75-1

18-1.00-184 25 84 0015 00:0 75 15 00:1 001. 16X 106 1.36X 106

PAMNaAMPS-15 18-0. 25-285 00:15 00:0 00 84 75:15 00:0 252. 98X 106 2. 63X 106陰離子

基團(tuán)為

磺酸根

(S〇3 )

18-0. 50-284.50:15.00:0.502. 92X 106

18-0.75-2

18-1.00-284 25:15 00:0 75 84 00:15 00:1 002. 42X 106 2.21X 106

 

1.2實(shí)驗(yàn)裝置及原理

參考測(cè)定粉狀聚丙烯酰胺溶解速度的裝置[13]，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究， 自建了一套測(cè)定系列疏水締合聚丙烯酰胺的溶解速 度的簡(jiǎn)易裝置（圖1)。

 

將一個(gè)帶塑料蓋的試樣瓶(250 ml)置于恒溫槽 中，恒溫槽的溫度通過觸點(diǎn)溫度計(jì)控制。通過試樣 瓶的蓋子向聚合物溶液中插入一支電導(dǎo)電極和一支 溫度計(jì)，電導(dǎo)儀(DDS-11A，上海大中分析儀器廠）與 記錄儀(量程4mv四川儀表廠）相連。當(dāng)離子型聚 合物溶于水時(shí)，聚合物離解成聚離子和反離子，使溶 液具有一定的導(dǎo)電能力。隨著聚合物的不斷溶解 溶液中的離子含量増大，溶液的電導(dǎo)值相應(yīng)増大。 當(dāng)聚合物完全溶解后，溶液的電導(dǎo)值達(dá)到恒定。聚 合物溶液的電導(dǎo)值通過與電導(dǎo)儀相連接的記錄筆自 錄筆的走紙長(zhǎng)度和記錄筆的移動(dòng)速度即可計(jì)算出相 應(yīng)的時(shí)間。根據(jù)此原理，聚合物溶液電導(dǎo)值達(dá)到恒 定所需的時(shí)間即為聚合物試樣的溶解時(shí)間，所以可 通過測(cè)定一定濃度的聚合物溶液在一定的溫度條件 下電導(dǎo)值達(dá)到恒定所需的時(shí)間來表征其溶解速度， 通過溶解速度比較其溶解能力。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

按配制200 ml濃度為0.2wt%的聚合物溶液標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)確稱取樣品和二次蒸餾水。先將二次蒸餾水加 入250 ml試樣瓶中，放入磁攪拌子和電導(dǎo)電極，在溫 度為30±0. 5工在3檔速攪拌條件下緩慢加入樣 品。打開記錄儀，設(shè)置記錄筆的走紙速率，開始記 錄。待電導(dǎo)率達(dá)到恒定時(shí)，關(guān)閉記錄儀，停止測(cè)定， 計(jì)算試樣的溶解時(shí)間。

2結(jié)果與討論

2.1溶解時(shí)間的計(jì)算

圖2是粒度為8 ~ 16目的疏水締合聚丙烯酰胺 樣品18-1. 00-2在水中的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化關(guān)系， 記錄儀的走紙速度為0.05 cm/min。在溶解的初始 階段，電導(dǎo)率上升較快，在經(jīng)過70 min以后，電導(dǎo)變 化幅度減緩，走紙長(zhǎng)度達(dá)到10.5 cm時(shí)，電導(dǎo)率幾乎 不再變化，因而可大致確定該樣品的溶解時(shí)間為210 

動(dòng)記錄在記錄紙上。當(dāng)電導(dǎo)值穩(wěn)、定時(shí)-通過測(cè)量記■根據(jù)同樣方法可計(jì)算其它樣品的溶解速i度 

 

2.2疏水基含量溶解時(shí)間的影響

系列聚合物樣品（粒度均大于8目）的測(cè)定結(jié)果 如圖3。

 

從圖3可以發(fā)現(xiàn)：

(1)疏水改性聚丙烯酰胺樣品的溶解時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于丙烯酰胺共聚物；

(2)對(duì)于同一系列的聚合物，疏水基含量越高， 溶解時(shí)間越長(zhǎng)。

一般認(rèn)為，聚合物的溶解要經(jīng)歷水化、溶脹和溶 解的過程。隨著疏水基含量的増加，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，聚合物在水溶 液中形成分子內(nèi)和分子間締合的可能性越大，從而 形成類似吸水樹脂那樣的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)而將部分水分 子包裹在其中，這樣使得網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的基團(tuán)難 以與更多的水分子接觸，其水化過程大大減緩，因此 最終完全溶解的時(shí)間將大大延長(zhǎng)。對(duì)于疏水基團(tuán)含 量較高的聚合物，這種情況則更為明顯。如圖3中 的18-1. 00-2。相比之下，出人意料的是，18-1.00-1 的溶解時(shí)間反而低于疏水基含量比其低的18-0.75- 1。這可能是因?yàn)?8-1. 00-1的疏水基含量很高，其 形成分子間締合的可能性最大，所形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié) 構(gòu)可能把部分親水基，如COO-也包含在其中，使 現(xiàn)了平臺(tái)區(qū)，因此結(jié)果就出現(xiàn)了如圖2所示的其溶 解速度快于其他同系物的假象。

2.3陰離子基團(tuán)種類和分子量對(duì)溶解速度的影響

由于SO7的電離能力更強(qiáng)，在其他條件相同的 情況下，含有S07的疏水改性聚丙烯酰胺理應(yīng)比含 有COO^的疏水改性聚丙烯酰胺的溶解時(shí)間短，但 圖3顯示的結(jié)果卻與此相反，除了 PAMNaAMPS-15 (不含疏水基)的溶解時(shí)間低于PAMNaAA -15外，所 有18-x-系列聚合物的溶解時(shí)間都比18-x-1長(zhǎng)。 雖然兩類聚合物分子結(jié)構(gòu)上的差異僅僅體現(xiàn)在陰離 子單體的種類不同，但他們的分子量卻存在明顯差 異:18-x-系列聚合物的分子量比對(duì)應(yīng)的18-x- 系列聚合物的分子量高一倍。這同聚合物溶解度與 分子量的一般關(guān)系一致。在同一系列聚合物中，分 子量高的級(jí)份擴(kuò)散速度較小，從鄰近大分子的相互 作用中解脫出來花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，溶解較慢。

2.4聚合物粒度的影響

聚合物樣品顆粒的大小對(duì)溶解時(shí)間也有明顯的 影響。圖4是18-1. 00-2的溶解時(shí)間與顆粒大小的 關(guān)系。顆粒越小，溶解速度越快。顆粒尺寸為30 ~ 55目的樣品完全溶解的時(shí)間僅為顆粒尺寸小于8目 的聚合物樣品完全溶解所需時(shí)間的1/8。造成這種 現(xiàn)象的原因是:粒度越小的聚合物顆粒，單位質(zhì)量具 有的表面積越大，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，因而同溶劑接觸的面積越大；其

次，在粉碎過程中造成了分子鏈的斷裂，導(dǎo)致分子量 減小，其溶解速度加快。

 

圖4聚合物顆粒大小對(duì)HMPAM 18-1.002 溶解速度的影響

3結(jié)論

利用電導(dǎo)法對(duì)一系列疏水改性聚丙烯酰胺的溶 解速度進(jìn)行了測(cè)量，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其溶解速度與疏水基 

部分電臟麵溶液中，其電導(dǎo)曲線賴也出團(tuán)的含量、陰離子基團(tuán)的種類、聚和物分子量大小及聚和物顆粒的大小存在密切關(guān)系:在相同條件下，疏 水基含量越高，溶解速度越慢；分子量越高，溶解速 度越慢;聚和物顆粒越大，溶解速度越慢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 證實(shí)了該方法的可行性。溶解性的測(cè)定對(duì)于HM- PAM的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用具有 參考意義。本文方法僅是一個(gè)粗略比較，但在無更 好和更標(biāo)準(zhǔn)的方法可應(yīng)用的情況下，不失為一個(gè)可 借鑒的方法。