疏水締合丙烯酰胺共聚物微交聯(lián)、性能和結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、本文研究了以疏水締合聚合物為交聯(lián)聚合物，酚醛樹脂為交聯(lián)劑的凝膠體系，把交聯(lián)劑與共聚物之間形成的共價鍵作用與分子鏈上疏水基團分子間形成的范德華相互作用力相結(jié)合，使低濃度PASA-PF在高鹽濃度的溶液中仍能形成完整的超分子締合結(jié)構(gòu)，從而賦予PASA-PF溶液優(yōu)異的溶液性能。疏水締合聚合物交聯(lián)后，聚合物有效分子量增大，疏水基團的疏水締合作用增強，形成的交聯(lián)體系具有顯著的增黏性、耐鹽性、抗剪切能力、長期穩(wěn)定性。 采用自由基膠束聚合法，以

2、丙烯酰胺(AM)為基本結(jié)構(gòu)單元，以丁基苯乙烯(BST)為疏水單體，為了改善聚合物的溶解性，以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸鈉(NaAMPS)為第三單體，合成疏水締合共聚物P(AM/BST/NaAMPS)(PASA)；以苯酚和甲醛為原料、NaOH為催化劑，采用兩步催化法合成酚醛樹脂，研究得到合成酚醛樹脂的適宜條件：n(P):n(F)=1:2.5，pH值為9～10，最終反應(yīng)溫度為90℃，合成時間為50min。研究了共聚物PASA的濃度、交聯(lián)

3、劑用量、pH值、溫度、時間對PASA-PF溶液黏度的影響，得到了聚合物交聯(lián)的適宜條件：聚合物濃度為1.0 g/L，交聯(lián)劑濃度為0.35 g/L，最適宜的pn值為8～10，交聯(lián)溫度為85℃。通過紅外光譜(FT-IR)表征得到PASA-PF和酚醛樹脂的分子結(jié)構(gòu)；熱分析(TG)結(jié)果表明，交聯(lián)共聚物的分解殘留量和開始分解溫度較線型PASA高。 交聯(lián)后，在高鹽濃度50 g/L下，共聚物的臨界締合濃度從1.5g/L明顯降低到0.7g/L，0

4、.7g/L共聚物溶液黏度從6 mPa·s明顯增加到15.3mPa·s。1.0 g/LPASA-PF溶液達到極大黏度所對應(yīng)的NaCl濃度從50 g/L降低到10 g/L，但在100g/L NaCl溶液中的黏度仍達84.6 mPa·s，在75℃時的黏度仍達57.2 mPa·s。交聯(lián)共聚物溶液表現(xiàn)出優(yōu)異的抗剪切性能和剪切增稠效應(yīng)；在90℃的高溫下表現(xiàn)突出的抗老化性能，1.0 g/LPASA-PF在50g/L鹽溶液中老化60d后，溶液的表觀黏度

5、為102.1 mPa·s，黏度保留率為85.7％。 動態(tài)粘彈性實驗研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)共聚物形成了更多的疏水締合結(jié)構(gòu)，體系的彈性特征明顯增強。隨著聚合物濃度的增加，彈性特征越明顯，并在50 g/L高鹽溶液中形成了分子間疏水締合作用較強的超分子結(jié)構(gòu)，使得溶液在測試頻率范圍內(nèi)一直表現(xiàn)以彈性特征為主的流體。 PASA-PF溶液的熒光探針光譜研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)共聚物在淡水和鹽水中形成了大量的疏水微區(qū)，并隨著聚合物濃度從1.0 g/L增加到

6、2.0g/L，疏水微區(qū)尺寸和數(shù)量也明顯增加，溶液的非極性增強，I1/I3值從0.98下降到0.80。1.5 g/LPASA-PF在5 g/L NaCl溶液中，溶液中的疏水微區(qū)少，Il/I3值為1.028：在10 g/LNaCl溶液中，溶液中形成更緊密的疏水締合結(jié)構(gòu)，疏水微區(qū)的非極性增強，11/13值為0.765；NaCl濃度為30 g/L～80 g/L，疏水微區(qū)的數(shù)量和尺寸大小有所減小，I1/I3值增大，溶液的非極性減弱。 SEM的研究

7、結(jié)果表明，交聯(lián)共聚物的分子鏈剛性明顯增強，在5 g/L NaCl加入后，仍能保持較伸展的構(gòu)象，使PASA-PF在鹽水中形成了連續(xù)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，溶液的黏度增大；在50 g/LNaCl溶液中，隨著聚合物濃度從1.2g/L增加到1.5 g/L，締合體的尺寸增大，締合結(jié)構(gòu)從空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化為無空隙的連續(xù)聚集結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致交聯(lián)共聚物溶液的表觀黏度顯著提高。交聯(lián)劑濃度為0.5g/L時，1.2 g/L PASA-PF在溶液中形成了凝膠狀的顆粒，導(dǎo)致交聯(lián)