硼酸酯—丙烯酰胺共聚物耐溫抗鹽性能的初步研究

黃佳佳+宮月+王婷婷+吳二清+黃擎宇

【摘 要】本文利用可聚合硼酸酯DB/BS14與丙烯酰胺（簡(jiǎn)寫(xiě)為AM）合成二元共聚合產(chǎn)物P（DB/BS14-AM），對(duì)其進(jìn)行耐溫和抗鹽的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二元共聚物P（DB/BS14-AM）具有一定的耐溫和抗鹽性能，在一定的水解度范圍內(nèi)二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液的耐溫和抗鹽性能隨水解度增加有顯著增大的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】可聚合硼酸酯；二元共聚物；耐溫性；抗鹽性

0 引言

可聚合硼酸酯是一種可聚合的特種表面活性劑[1，2]，它具有抗水解能力強(qiáng)、不易揮發(fā)、耐高溫、抗靜電性和殺菌能力等很多優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)境友好型化合物。丙烯酰胺是一種重要的聚合單體，其均聚物-聚丙烯酰胺可以作為水處理絮凝劑、三次采油驅(qū)油劑、增稠劑等等[3]。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件可以將可聚合硼酸酯與丙烯酰胺進(jìn)行共聚反應(yīng)，形成共聚合產(chǎn)物[4，5]。

本文利用實(shí)驗(yàn)室制備的可聚合硼酸酯與丙烯酰胺共聚合獲得二元共聚產(chǎn)物，并且初步研究其溶液的耐溫、抗鹽性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與化學(xué)試劑

多頭磁力攪拌器（HJ-6，江蘇金壇市中大儀器廠）；超級(jí)恒溫水浴（HH-601，金壇市榮華儀器公司）；高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（FW-100，北京用光明醫(yī)療儀器有限公司）；所用試劑丙烯酰胺（簡(jiǎn)寫(xiě)為AM）（AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；碳酸鈉、氯化鈉；氫氧化鈉；亞硫酸氫鈉；過(guò)硫酸鉀；無(wú)水乙醇（AR，沈陽(yáng)市華東試劑廠）；可聚合硼酸酯DB/BS14為自制；水溶液均為蒸餾水按常法配制。

1.2 硼酸酯DB/BS14-丙烯酰胺二元共聚物P（DB/BS14-AM）的合成

在100ml燒杯中依次加入一定量的DB/BS14、碳酸鈉，溶解后加入12.5gAM，使共聚單體的水解度分別為16.7%和25%。溶液總質(zhì)量為50g。通入20分鐘氮?dú)獬鹾螅尤胙趸€原引發(fā)劑K2S2O8-NaHSO3，繼續(xù)通入氮?dú)猓磻?yīng)物已經(jīng)開(kāi)始聚合后，將其放入70℃烘箱中。聚合5小時(shí)后，將反應(yīng)物取出，緊緊包好放入90℃烘箱約20分鐘進(jìn)行熟化后得到三元共聚合產(chǎn)物P（DB/BS14-AM）。將產(chǎn)物用乙醇充分洗滌并烘干，粉碎成末待用。

1.3 分析測(cè)試方法

1.3.1 紅外光譜表征

利用紅外測(cè)試分析儀（Spectrum 400，Perkin Elmer，USA）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行紅外表征。

1.3.2 黏度測(cè)定

利用粘度計(jì)（LVDV-Ⅱ，Brookfield，USA）對(duì)二元共聚物進(jìn)行黏度測(cè)試。

1）共聚物的耐溫性測(cè)定

將共聚物配制成1000ppm水溶液，在30℃至80℃的范圍內(nèi)，每5℃測(cè)取一次數(shù)據(jù)。利用粘度計(jì)對(duì)樣品水溶液進(jìn)行測(cè)試分析，獲得測(cè)試曲線。

2）共聚物的抗鹽性測(cè)定

在溫度恒定在45℃時(shí)，將1000ppm的共聚物在1000ppm、4500ppm、6000ppm、10000ppm 的NaCl中配制成溶液，利用粘度計(jì)對(duì)樣品水溶液進(jìn)行測(cè)試分析，獲得測(cè)試曲線。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液黏度的影響

2.1.1 單體水解度為16.7%時(shí)P（DB/BS14-AM）的黏溫關(guān)系

圖1為單體水解度在16.7%，DB/BS14與AM的質(zhì)量比分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度隨溫度的變化關(guān)系曲線。從圖中可知，DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)形成的二元共聚合物溶液隨著溫度的升高粘度不斷下降，且二元共聚物中隨著DB/BS14含量的增加，耐溫性能依次遞減。其中質(zhì)量比為0.1%的共聚物溶液耐溫性能最好，而0.5%的耐溫性能最差。DB/BS14與AM質(zhì)量比在0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)共聚物溶液在80℃時(shí)黏度最大達(dá)到50.8 mPa﹒s，在30℃時(shí)黏度最大達(dá)到86.8 mPa﹒s。

2.1.2 單體水解度為25%時(shí)P（DB/BS14-AM）的黏溫關(guān)系

圖2為單體水解度在25%，DB/BS14與AM的質(zhì)量比分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度隨溫度的變化關(guān)系曲線。從圖中可知，DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)形成的二元共聚合物溶液隨著溫度的升高黏度不斷下降，其中質(zhì)量比為0.1%的共聚物溶液耐溫性能最好，而0.2%的耐溫性能最差。DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)共聚物溶液在80℃時(shí)黏度最大達(dá)到201mPa﹒s， 最小達(dá)到40.9mPa﹒s；在30℃時(shí)黏度最大達(dá)到299.9mPa﹒s，最小達(dá)到75.8mPa﹒s。

比較圖2和圖3可以看出，相比于單體水解度為25%的共聚物溶液，水解度為16.7%的共聚物溶液的耐溫性能隨AMPS與AM的質(zhì)量比的變化更有規(guī)律性，而水解度為25%的共聚物溶液的耐溫性能更好。

2.2 鹽度對(duì)三元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液黏度的影響

2.2.1 單體水解度為16.7%時(shí)P（DB/BS14-AM）的溶液黏度與氯化鈉濃度的關(guān)系

圖3為單體水解度在16.7%，DB/BS14與AM的質(zhì)量比分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，二元共聚物P（DB/BS14-AM）的溶液粘度隨氯化鈉濃度變化的關(guān)系曲線。從圖中可知，DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)形成的二元共聚物溶液隨著氯化鈉濃度的升高而降低，其中質(zhì)量比為0.1%的共聚物溶液的抗鹽性能最佳，而0.3%的抗鹽性能最差。DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)共聚物溶液在10000ppm鹽度時(shí)黏度最大達(dá)到6.0mPa﹒s，在1000ppm鹽度時(shí)黏度最大達(dá)到12.8mPa﹒s。

2.2.2 單體水解度為25%時(shí)P（DB/BS14-AM）的溶液黏度與氯化鈉濃度的關(guān)系

圖4為單體水解度在25%，DB/BS14與AM的質(zhì)量比分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度隨氯化鈉濃度變化的關(guān)系曲線。從圖中可知，DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.3%區(qū)間內(nèi)形成的二元共聚物溶液隨著氯化鈉濃度的升高而降低，而質(zhì)量比為0.4%和0.5%時(shí)形成的二元共聚物溶液隨著氯化鈉濃度的變化規(guī)律性差。DB/BS14與AM質(zhì)量比為0.1%-0.5%區(qū)間內(nèi)共聚物溶液在10000ppm鹽度時(shí)黏度最大達(dá)到16.8mPa﹒s，在1000ppm鹽度時(shí)黏度最大達(dá)到18.6mPa﹒s。

比較圖3和圖4可以看出，相比于單體水解度為16.7%的共聚物溶液，水解度為25%的共聚物溶液的抗鹽性能明顯提高，說(shuō)明在一定的水解度范圍內(nèi)P（DB/BS14-AM）溶液的抗鹽性能隨水解度增加有明顯增大的趨勢(shì)。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可聚合硼酸酯DB/BS14與AM形成的二元共聚物P（DB/BS14-AM）具有一定的耐溫和抗鹽性能，在80℃時(shí)黏度最大達(dá)到201mPa﹒s，在10000ppm氯化鈉鹽度時(shí)黏度最大為16.8mPa﹒s。在一定的水解度范圍內(nèi)二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液的耐溫和抗鹽性能隨水解度增加有顯著增大的趨勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]魏少華，黃德音.硼系表面活性劑研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].精細(xì)化工，2009，19（9）：503-505.

[2]Abdalla M. O.， Ludwick A.， Mitchel T. Boron-modified phenolic resins for high performance applications[J].Polymer，2003，44（24）：7353-7359.

[3]萬(wàn)超瑛.水溶性氧化-還原引發(fā)體系在乳液聚合中的應(yīng)用研究[J].天津輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系，2000.15（5）：31-33.

[4]張秀玲，周艷明，賈曉鳴，等.環(huán)境友好型含硼潤(rùn)滑添加劑的研究[J].潤(rùn)滑與密封，2006（8）：149-151.

[5]李斌東，呂春緒，葉志文.硼酸酯表面活性劑的合成及工業(yè)應(yīng)用[J].精細(xì)石油化工，2005（1）：9-11.

[責(zé)任編輯：王偉平]