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                星型疏水締合聚丙烯酰胺的研究

                發布日期:2015-07-05 16:47:34
                星型疏水締合聚丙烯酰胺的研究
                目前,在三次采油驅油聚合物中多使用線型聚體含量的不同可表現為大分子鏈的分子內和分子丙烯酰胺(LPAM),但由于LPAM相對分子質量較 大,在聚合物驅油過程中常發生機械剪切降解[1], 黏度的損失率總計可達70%左右,故其應用受 到一定的限制。疏水締合水溶液聚合物分子結構 上具有少量疏水基團,在水溶液中疏水基團由于憎 水作用而發生聚集,隨溶液濃度和聚合物中疏水單間締合,形成空間網絡結構[4],使聚合物溶液具有 顯著的增黏性、耐溫性、耐鹽性和抗剪切穩定 性[5~7];但同時由于疏水締合聚合物分子間存在較 強的締合作用,聚合物分子鏈過于擴張,導致在現 場應用時它的注人性存在一定問題。目前對于星 型結構的疏水締合聚合物的研究較少,但對于星型 聚合物分子而言其分子內作用力強,分子構象相對 收縮[8~,因此理論上能有效地改善疏水締合聚合 物的注人性。
                本課題組[1°’?前期曾以十八烷基二甲基烯丙 基氯化銨(ODAC )為疏水單體,采用光引發自由基聚 合法合成了星型疏水締合聚丙烯酰胺(SHMPAM), 通過與線型疏水締合(AP - P4)聚合物進行對比, 發現SHMPAM溶液與AP - P4聚合物溶液的抗溫 性和抗鹽性相似。
                本工作在前期工作的基礎上,以叔胺化星型聚 酰胺基為核、ODAC為疏水單體,通過光引發自由 基聚合法合成了一系列不同ODAC含量的 SHMPAM;考察了 ODAC含量對SHMPAM溶液的 抗溫性、抗鹽性、過濾性、吸附性和抗剪切性能的 影響。
                1實驗部分
                1.1SHMPAM的合成
                按文獻[11]報道的方法合成SHMPAM。先將 丙烯酰胺溶解在一定量的去離子水中,配成質量分 數為30%的丙烯酰胺溶液,將溶液倒入反應槽中, 加人ODAC和引發劑(實驗室自制),通氮除氧 30 min后將反應槽密封放置在500 W高壓汞燈的 上方,在40 t下反應50 min后得到星型聚丙烯酰 胺的粗產物,將粗產物剪碎,用無水乙醇沉淀,干燥 得到目標產物SHMPAM。調節丙烯酰胺與ODAC 的摩爾比,即可得到不同ODAC含量的SHMPAM。
                按文獻[10]報道的方法配制模擬地層水 SHMPAM 溶液。
                1.2實驗方法 1.2.1特性黏數的測定
                采用稀釋法測定SHMPAM溶液的特性黏數, 溶劑為1 mol/L的NaCl水溶液,SHMPAM初始質 量濃度為0.06 g/dL,測定溫度(30 ±0. l)t,經 Huggins方程擬合后求出特性黏數。
                1.2.2表觀黏度的測定
                采用Brookfield公司DV - D型旋轉粘度計,在 〇#轉子、剪切速率7.34 s _1下測定SHMPAM溶液的
                表觀黏度。
                1.2.3過濾因子的測定
                用模擬地層水配制質量濃度為5 000 mg/L的 SHMPAM母液后再稀釋至1 000 mg/L,取600 mL 稀釋后的SHMPAM溶液在氮氣壓力0.125 MPa下 通過不銹鋼過濾裝置,過濾膜的孔徑為1.2 pin,記 錄通過 50,100,150,200,250,300,350,400,450, 500,550 mL SHMPAM溶液所需的時間(〇。過濾 因子(FR^o)用式(1)計算。
                吸附性實驗
                當SHMPAM溶液與石英砂顆粒充分接觸并達 到吸附平衡后,采用淀粉-碘化鎘法[12]測定吸附后 SHMPAM溶液的濃度,利用物質平衡方程(見式
                (2))計算SHMPAM的吸附量。
                r = (p〇 -p)V/m(2)
                式中,T表示吸附量,pg/g(即每克石英砂顆粒吸附 SHMPAM的微克數);p。表示SHMPAM溶液的初 始質量濃度,mg/L;P表示吸附平衡后SHMPAM溶 液的質量濃度,mg/L; V表示SHMPAM溶液體積, mL;w表示石英砂顆粒的質量,g。
                1.2.5抗機械剪切性能實驗
                用Waring公司7009G/7009L型攪拌機,在 3 500 r/min下剪切SHMPAM溶液20 s,測定 SHMPAM溶液剪切前后的表觀黏度。
                2結果與討論
                2.1ODAC含量對特性黏數的影響
                ODAC含量對SHMPAM溶液特性黏數的影響 見表1。由表1可見,ODAC的摩爾分數從0.40% 增至0.60%時,特性黏數逐漸下降,這可能是由于 SHMPAM分子內締合作用逐漸增強,分子鏈蜷曲所 致[l3];SHMPAM -1.00試樣的特性黏數最小,這可 能是由于該試樣的相對分子質量較小和較強的分 子內締合所致。
                2.2SHMPAM溶液濃度對其表觀黏度的影響 SHMPAM溶液濃度對其表觀黏度的影響見圖
                1。由圖1可見,SHMPAM與LPAM—樣存在明顯 的臨界締合濃度(CAC),ODAC含量越高,疏水基 團分子間締合形成的空間網絡結構越多,宏觀上表 現為表觀黏度迅速增加;當ODAC含量較低時,分 子間締合的幾率減小,故其表觀黏度變化不 大ODAC含量越髙,聚合物的水體動力學體 積越大,臨界締合濃度越低。從圖1還可看出, SHMPAM - 0• 60 試樣的 CAC 值約為 800 mg/L, SHMPAM -0• 30 試樣的 CAC 值約為 1 600 mg/L。
                過濾性能
                不同ODAC含量的SHMPAM溶液的過濾曲線 見圖4,過濾因子見表2。由圖4可知,不同ODAC 含量的S_AM溶液的累積流量與累計時間的關 系均接近于直線,過濾因子均接近于1.0,說明它們 均具有良好的通過微孔的過濾性。這可能是由于 星型聚合物分子內相互作用強,在溶液中的構象接 近球狀更易通過微孔所致Ul]。
                吸附性能
                不同ODAC含量的SHMPAM溶液的吸附曲線 見圖5。由圖5可見,石英砂對不同ODAC含量的 SHMPAM溶液的吸附規律基本符合Langmuir等溫 吸附規律,SHMPAM - 0. 35 和 SHMPAM - 0. 50 試 樣的吸附量均在SHMPAM溶液濃度接近 2 000 mg/L時達到穩定,最大吸附量分別為272.4,
                278.0jiLg/g,兩者的吸附量相差不大。這可能是由 于星型聚合物大分子在鹽水溶液中的構象呈球狀, 聚合物分子在石英砂表面形成單分子層后,單分子 層的厚度較大,導致聚合物分子不易在石英砂表面 形成多分子層。
                不同ODAC含量的SHMPAM溶液剪切前后的 表觀黏度見表3。由表3可見,不同ODAC含量的 SHMPAM溶液剪切后的保黏率均在25%以上,其 中,SHMPAM -0.60試樣的保黏率達到45. 8%。 這是由于締合聚合物的締合作用形成了空間網絡 結構,機械攪拌對空間結構破壞相對較弱使得不同 ODAC含量的SHMPAM溶液均表現出一定的抗剪 切性能;隨ODAC含量的增加,締合作用增強,對剪 切產生的抵抗作用也相應增強,故表觀黏度保黏率 也逐漸增加。
                 
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