硼酸酯—丙烯酰胺共聚物耐温抗盐性能的初步研究

黄佳佳+宫月+王婷婷+吴二清+黄擎宇

【摘 要】本文利用可聚合硼酸酯DB/BS14与丙烯酰胺（简写为AM）合成二元共聚合产物P（DB/BS14-AM），对其进行耐温和抗盐的测定。实验结果表明，二元共聚物P（DB/BS14-AM）具有一定的耐温和抗盐性能，在一定的水解度范围内二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液的耐温和抗盐性能随水解度增加有显著增大的趋势。

【关键词】可聚合硼酸酯；二元共聚物；耐温性；抗盐性

0 引言

可聚合硼酸酯是一种可聚合的特种表面活性剂[1，2]，它具有抗水解能力强、不易挥发、耐高温、抗静电性和杀菌能力等很多优点，是环境友好型化合物。丙烯酰胺是一种重要的聚合单体，其均聚物-聚丙烯酰胺可以作为水处理絮凝剂、三次采油驱油剂、增稠剂等等[3]。通过设计实验条件可以将可聚合硼酸酯与丙烯酰胺进行共聚反应，形成共聚合产物[4，5]。

本文利用实验室制备的可聚合硼酸酯与丙烯酰胺共聚合获得二元共聚产物，并且初步研究其溶液的耐温、抗盐性能。

1 实验部分

1.1 实验仪器与化学试剂

多头磁力搅拌器（HJ-6，江苏金坛市中大仪器厂）；超级恒温水浴（HH-601，金坛市荣华仪器公司）；高速万能粉碎机（FW-100，北京用光明医疗仪器有限公司）；所用试剂丙烯酰胺（简写为AM）（AR，国药集团化学试剂有限公司）；碳酸钠、氯化钠；氢氧化钠；亚硫酸氢钠；过硫酸钾；无水乙醇（AR，沈阳市华东试剂厂）；可聚合硼酸酯DB/BS14为自制；水溶液均为蒸馏水按常法配制。

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烧杯中依次加入一定量的DB/BS14、碳酸钠，溶解后加入12.5gAM，使共聚单体的水解度分别为16.7%和25%。溶液总质量为50g。通入20分钟氮气除氧后，加入氧化还原引发剂K2S2O8-NaHSO3，继续通入氮气，待反应物已经开始聚合后，将其放入70℃烘箱中。聚合5小时后，将反应物取出，紧紧包好放入90℃烘箱约20分钟进行熟化后得到三元共聚合产物P（DB/BS14-AM）。将产物用乙醇充分洗涤并烘干，粉碎成末待用。

1.3 分析测试方法

1.3.1 红外光谱表征

利用红外测试分析仪（Spectrum 400，Perkin Elmer，USA）对产物进行红外表征。

1.3.2 黏度测定

利用粘度计（LVDV-Ⅱ，Brookfield，USA）对二元共聚物进行黏度测试。

1）共聚物的耐温性测定

将共聚物配制成1000ppm水溶液，在30℃至80℃的范围内，每5℃测取一次数据。利用粘度计对样品水溶液进行测试分析，获得测试曲线。

2）共聚物的抗盐性测定

在温度恒定在45℃时，将1000ppm的共聚物在1000ppm、4500ppm、6000ppm、10000ppm 的NaCl中配制成溶液，利用粘度计对样品水溶液进行测试分析，获得测试曲线。

2 实验结果与讨论

2.1 温度对二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液黏度的影响

2.1.1 单体水解度为16.7%时P（DB/BS14-AM）的黏温关系

图1为单体水解度在16.7%，DB/BS14与AM的质量比分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度随温度的变化关系曲线。从图中可知，DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内形成的二元共聚合物溶液随着温度的升高粘度不断下降，且二元共聚物中随着DB/BS14含量的增加，耐温性能依次递减。其中质量比为0.1%的共聚物溶液耐温性能最好，而0.5%的耐温性能最差。DB/BS14与AM质量比在0.1%-0.5%区间内共聚物溶液在80℃时黏度最大达到50.8 mPa﹒s，在30℃时黏度最大达到86.8 mPa﹒s。

2.1.2 单体水解度为25%时P（DB/BS14-AM）的黏温关系

图2为单体水解度在25%，DB/BS14与AM的质量比分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度随温度的变化关系曲线。从图中可知，DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内形成的二元共聚合物溶液随着温度的升高黏度不断下降，其中质量比为0.1%的共聚物溶液耐温性能最好，而0.2%的耐温性能最差。DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内共聚物溶液在80℃时黏度最大达到201mPa﹒s， 最小达到40.9mPa﹒s；在30℃时黏度最大达到299.9mPa﹒s，最小达到75.8mPa﹒s。

比较图2和图3可以看出，相比于单体水解度为25%的共聚物溶液，水解度为16.7%的共聚物溶液的耐温性能随AMPS与AM的质量比的变化更有规律性，而水解度为25%的共聚物溶液的耐温性能更好。

2.2 盐度对三元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液黏度的影响

2.2.1 单体水解度为16.7%时P（DB/BS14-AM）的溶液黏度与氯化钠浓度的关系

图3为单体水解度在16.7%，DB/BS14与AM的质量比分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，二元共聚物P（DB/BS14-AM）的溶液粘度随氯化钠浓度变化的关系曲线。从图中可知，DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内形成的二元共聚物溶液随着氯化钠浓度的升高而降低，其中质量比为0.1%的共聚物溶液的抗盐性能最佳，而0.3%的抗盐性能最差。DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内共聚物溶液在10000ppm盐度时黏度最大达到6.0mPa﹒s，在1000ppm盐度时黏度最大达到12.8mPa﹒s。

2.2.2 单体水解度为25%时P（DB/BS14-AM）的溶液黏度与氯化钠浓度的关系

图4为单体水解度在25%，DB/BS14与AM的质量比分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，二元共聚物P（DB/BS14-AM） 的溶液黏度随氯化钠浓度变化的关系曲线。从图中可知，DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.3%区间内形成的二元共聚物溶液随着氯化钠浓度的升高而降低，而质量比为0.4%和0.5%时形成的二元共聚物溶液随着氯化钠浓度的变化规律性差。DB/BS14与AM质量比为0.1%-0.5%区间内共聚物溶液在10000ppm盐度时黏度最大达到16.8mPa﹒s，在1000ppm盐度时黏度最大达到18.6mPa﹒s。

比较图3和图4可以看出，相比于单体水解度为16.7%的共聚物溶液，水解度为25%的共聚物溶液的抗盐性能明显提高，说明在一定的水解度范围内P（DB/BS14-AM）溶液的抗盐性能随水解度增加有明显增大的趋势。

3 结论

实验结果表明，可聚合硼酸酯DB/BS14与AM形成的二元共聚物P（DB/BS14-AM）具有一定的耐温和抗盐性能，在80℃时黏度最大达到201mPa﹒s，在10000ppm氯化钠盐度时黏度最大为16.8mPa﹒s。在一定的水解度范围内二元共聚物P（DB/BS14-AM）溶液的耐温和抗盐性能随水解度增加有显著增大的趋势。

【参考文献】

[1]魏少华，黄德音.硼系表面活性剂研究应用现状及发展趋势[J].精细化工，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]万超瑛.水溶性氧化-还原引发体系在乳液聚合中的应用研究[J].天津轻工业学院化学工程系，2000.15（5）：31-33.

[4]张秀玲，周艳明，贾晓鸣，等.环境友好型含硼润滑添加剂的研究[J].润滑与密封，2006（8）：149-151.

[5]李斌东，吕春绪，叶志文.硼酸酯表面活性剂的合成及工业应用[J].精细石油化工，2005（1）：9-11.

[责任编辑：王伟平]