新型聚合物表面活性剂的水溶液性质研究*

2015-03-13刘田林治宇李翠勤

化学工程师 2015年6期

刘田，林治宇，李翠勤

（东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318）

聚合物表面活性剂（简称聚表剂）具有聚合物和表面活性剂的结构特点，无碱条件下，就具有良好的增粘、降低流度比、扩大波及系数、增溶和乳化能力等性能，是一种新型的带有多种功能性官能团的单一组份的化学驱替剂[1,2]。该类新型聚合物与传统的驱油剂聚丙烯酰胺相比，具有更优良的驱油性能。目前，有关该类聚合物的研究主要集中在其基本性质和应用性能的研究。如闫丽萍等[3]对该类新型聚表剂进行了的室内驱油试验，结果发现，聚表剂基液的抗剪切性能较强，有一定的增溶乳化原油能力，且聚表剂驱采收率比普通聚合物高出6%～9%。李强等[4]采用动态光散射仪和扫描电镜研究了聚表剂的分子线团尺寸和微观聚集态结构，结果发现，聚表剂分子出现“交联”反应的特征，呈现出“片状”网状-聚集结构。在前期研究的基础上，本文采用布氏粘度计研究了大庆油田用的4 种聚表剂水溶液粘度以及粘度稳定性，考察了聚表剂浓度以及种类对其溶液粘度的影响规律，为这类新型功能聚合物的进一步应用提供理论支持。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

聚表剂：上海海博公司生产的“海博Ⅰ型”、“海博Ⅱ型”、“海博Ⅲ（W/O）型”和“海博Ⅲ（O/W）型”；Na2CO3、NaCl，分析纯，沈阳东兴试剂厂。

JB90-D 型强力电动搅拌机（上海标本模型厂）；DV-II+型粘度计（美国Brookfield），DF-101S集热式恒温磁力搅拌器（巩义市科华有限公司）。

1.2 合成步骤

1.2.1 聚表剂水溶液的粘度测定称取一定量的聚表剂样品分别加入一定量的清水和模拟污水中，在25℃恒温搅拌2h，然后在25℃的恒温水浴中密封静置熟化12h，采用Brookfield-II 粘度计，测定聚表剂水溶液在不同转速的粘度。

1.2.2 聚表剂水溶液的稳定性测定将配制好的浓度分别为300 和1000mg·L-1聚表剂溶液，在25℃下分别放置不同时间，考察放置时间对其水溶液粘度的影响。

2 结果与讨论

2.1 聚表剂浓度对聚表剂水溶液粘度的影响

25℃时、清水溶液中，4 种聚表剂的浓度对其水溶液粘度的影响见图1。

图1 聚表剂浓度对粘度的影响Fig.1 Effect of the concentration of polymer surfactant on the viscosity

由图1 可以看出，在相同剪切速率时，4 种聚表剂水溶液的粘度均随着聚表剂浓度的增加而增大。其中Ⅰ型聚表剂浓度大于800mg·L-1时，继续增加聚表剂的浓度，其水溶液的粘度变化较小；而Ⅱ型聚表剂水溶液的粘度继续大幅度增加；两种Ⅲ型聚表剂水溶液粘度变化规律比较类似。分析原因可能为Ⅱ型聚表剂以聚丙烯酰胺骨架为基础，引入功能单体，这些单体引入聚合物分子后，能通过增加聚表剂分子间相互作用，形成超分子结构的形式，大幅度增加聚合物溶液的粘度性质[5]。

2.2 剪切速率对聚表剂水溶液粘度的影响

25℃下聚表剂浓度为600mg·L-1时，剪切速率对聚表剂水溶液粘度的影响见图2。

从图2 可以看出，4 种聚表剂溶液的粘度均随着剪切速率的增大先快速降低，随后变化较小。从图2（a）中可以看出，4 种聚表剂在清水中，Ⅱ型聚表剂水溶液粘度随着剪切速率的增加，降低幅度较小，这进一步说明Ⅱ型聚表剂的分子内存在功能基团，易形成超分子结构。从图2（b）中可以看出，在模拟污水中，Ⅲ（W/O）型聚表剂水溶液的粘度最大，而Ⅱ型聚表剂水溶液粘度远低于Ⅲ型聚表剂，这说明Ⅲ（W/O）型聚表剂具有较好的抗盐性能，而Ⅱ型聚表剂的抗盐性最差。

2.3 聚表剂水溶液的粘度稳定性

固定聚表剂浓度为300mg·L-1时，聚表剂水溶液的粘度随熟化时间的变化见图3。

图3 聚表剂水溶液的粘度稳定性Fig.3 Viscosity stability of the polymer surfactant solution

由图3 可以看出，由清水配制的聚表剂溶液的粘度随着时间的增加呈下降趋势，而由污水配制的聚表剂溶液的粘度随时间的增加，呈先上升后下降的趋势，且下降幅度小于上升幅度。分析原因可能为，清水体系中，随着时间的延长，部分少量高分子降解，导致体系粘度降低；无水体系中，由于无机盐的存在，高分子链之间的斥力作用增强，高分子链伸展，导致体系粘度增加，随着时间的延长，分子链降解，导致体系的粘度降低[6]。