水溶液中溶解性能的好壞是一種聚合物最終 能否應用於油氣開采的首要條件[1。疏水改性聚丙 烯酰胺(HMPAM )是在聚丙烯酰胺(PAM )或部分水 解聚丙烯酰胺（HPAM )的親水主鏈上引入極少量 (摩爾濃度一般低於2%)[2]疏水側基所形成的一類 新型水溶性聚合物。由於在HMPAM主鏈上引入 了非極性的疏水側基，盡管其流變性能得到了一定 的改善，但水溶性受到一定的影響。其次，疏水基的 分子間或分子內締合也會影響其溶解速度。

為了解決疏水締合所帶來的増粘性強和溶解性 差的矛盾，文獻[3]利用一係列緩衝基（spacer)長度 不同的表麵活性大單體(surfomer)與丙烯酰胺共聚 獲得了成功，但同其它報遒4] 一樣，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，對於溶解性的判 斷僅限於肉眼觀察。最近，文獻[5, 6]都提出使用分 光光度計檢測溶液的透光度判斷疏水締合聚丙烯酰 胺(不含離子基）和疏水改性羧甲基纖維素（HM- CMC)溶解能力的優劣，但這種辦法僅適合極稀溶 液，對於實際應用的中等濃度條件的溶液缺乏應用 意義。文獻[7]聯合使用電導、電位滴定、靜態和動 態光散射研究了疏水改性堿溶性乳液(HASE)的溶 解行為，但其研究重點是該類聚合物溶解過程中構 象行為的變化，對聚合物本身的溶解能力並未涉及。 對於離子型聚合物，在早期的研究中，文獻[8, 9]曾 報道過利用電導法，根據離子的導電能力，研究了極 性聚丙烯酰胺的水溶性。

由於本文所合成的疏水改性聚丙烯酰胺仍含有 離子基團，故借鑒此方法，對一係列疏水締合聚丙烯 酰胺的溶解速度進行了測量，通過溶解速度判斷其 溶解能力，著重考察了疏水基團含量、離子基團種 類、分子量高低、聚合物粒度大小對聚合物溶解能力 的影響。

1實驗部分

1.1原料和試劑

所用係列疏水締合聚丙烯酰胺的合成、純化和 表征己在文獻[10]作過報道，其組成和物理特性見 表1。其中18-x-係列聚合物由丙烯酰胺(AM )、 丙烯酸鈉(NaAA)和一種疏水側鏈為C18的疏水單 體通過自由基共聚製得；18-X-2係列的陰離子單體 為2 —丙烯酰胺基一2—二甲基丙磺酸鈉 (NaAMPS)，其它組成與18-X-1係列相同。樣品代 號中“ 18”表示疏水基長度，“ XX”表示疏水基含量， “1”表示陰離子集團為COO-“2”表示陰離子基團 為SO—

為進行對比，在相同條件下合成了不含疏水基 的共聚物。根據元素分析結果，這些聚合物的最終 組成與投料組成接近[10]。聚合物分子量根據在1.0 mol/LNaCl 測定的特性粘數[11]和 Mark-Houwink 方程[12計算而得，本文僅作相對比較。實驗用水為去離子蒸餾水。根據實驗需要，對部分樣品利用高型)粉碎，並通過係列分樣篩分級以考察聚合物樣品

速萬能粉碎機（江蘇薑堰市洪林電器設備廠XA-1顆粒大小對溶解性的影響。

表1係列疏水締合聚丙烯酰胺的組成及物理特性

樣品代號聚合物組成/(mol/mol)粘均分子量備注

AM :NaAA :疏水基AM :NaMPS :疏水基

PAMNaAA-15

18-0.25-185 00 84.7515 00:0 00 15 00:0 254. 09X 106 1.44X 106陰離子 基團為 羧酸根 (⑶O )

18-0.50-184.5015 00:0 501.25X 106

18-0.75-1

18-1.00-184 25 84 0015 00:0 75 15 00:1 001. 16X 106 1.36X 106

PAMNaAMPS-15 18-0. 25-285 00:15 00:0 00 84 75:15 00:0 252. 98X 106 2. 63X 106陰離子

基團為

磺酸根

(S〇3 )

18-0. 50-284.50:15.00:0.502. 92X 106

18-0.75-2

18-1.00-284 25:15 00:0 75 84 00:15 00:1 002. 42X 106 2.21X 106

 

1.2實驗裝置及原理

參考測定粉狀聚丙烯酰胺溶解速度的裝置[13]，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究， 自建了一套測定係列疏水締合聚丙烯酰胺的溶解速 度的簡易裝置（圖1)。

 

將一個帶塑料蓋的試樣瓶(250 ml)置於恒溫槽 中，恒溫槽的溫度通過觸點溫度計控製。通過試樣 瓶的蓋子向聚合物溶液中插入一支電導電極和一支 溫度計，電導儀(DDS-11A，上海大中分析儀器廠）與 記錄儀(量程4mv四川儀表廠）相連。當離子型聚 合物溶於水時，聚合物離解成聚離子和反離子，使溶 液具有一定的導電能力。隨著聚合物的不斷溶解 溶液中的離子含量増大，溶液的電導值相應増大。 當聚合物完全溶解後，溶液的電導值達到恒定。聚 合物溶液的電導值通過與電導儀相連接的記錄筆自 錄筆的走紙長度和記錄筆的移動速度即可計算出相 應的時間。根據此原理，聚合物溶液電導值達到恒 定所需的時間即為聚合物試樣的溶解時間，所以可 通過測定一定濃度的聚合物溶液在一定的溫度條件 下電導值達到恒定所需的時間來表征其溶解速度， 通過溶解速度比較其溶解能力。

1.3實驗方法

按配製200 ml濃度為0.2wt%的聚合物溶液標 準準確稱取樣品和二次蒸餾水。先將二次蒸餾水加 入250 ml試樣瓶中，放入磁攪拌子和電導電極，在溫 度為30±0. 5工在3檔速攪拌條件下緩慢加入樣 品。打開記錄儀，設置記錄筆的走紙速率，開始記 錄。待電導率達到恒定時，關閉記錄儀，停止測定， 計算試樣的溶解時間。

2結果與討論

2.1溶解時間的計算

圖2是粒度為8 ~ 16目的疏水締合聚丙烯酰胺 樣品18-1. 00-2在水中的電導率隨時間的變化關係， 記錄儀的走紙速度為0.05 cm/min。在溶解的初始 階段，電導率上升較快，在經過70 min以後，電導變 化幅度減緩，走紙長度達到10.5 cm時，電導率幾乎 不再變化，因而可大致確定該樣品的溶解時間為210 

動記錄在記錄紙上。當電導值穩、定時-通過測量記■根據同樣方法可計算其它樣品的溶解速i度 

 

2.2疏水基含量溶解時間的影響

係列聚合物樣品（粒度均大於8目）的測定結果 如圖3。

 

從圖3可以發現：

(1)疏水改性聚丙烯酰胺樣品的溶解時間遠遠 高於丙烯酰胺共聚物；

(2)對於同一係列的聚合物，疏水基含量越高， 溶解時間越長。

一般認為，聚合物的溶解要經曆水化、溶脹和溶 解的過程。隨著疏水基含量的増加，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，聚合物在水溶 液中形成分子內和分子間締合的可能性越大，從而 形成類似吸水樹脂那樣的網絡狀結構而將部分水分 子包裹在其中，這樣使得網絡狀結構內部的基團難 以與更多的水分子接觸，其水化過程大大減緩，因此 最終完全溶解的時間將大大延長。對於疏水基團含 量較高的聚合物，這種情況則更為明顯。如圖3中 的18-1. 00-2。相比之下，出人意料的是，18-1.00-1 的溶解時間反而低於疏水基含量比其低的18-0.75- 1。這可能是因為18-1. 00-1的疏水基含量很高，其 形成分子間締合的可能性最大，所形成的網絡狀結 構可能把部分親水基，如COO-也包含在其中，使 現了平台區，因此結果就出現了如圖2所示的其溶 解速度快於其他同係物的假象。

2.3陰離子基團種類和分子量對溶解速度的影響

由於SO7的電離能力更強，在其他條件相同的 情況下，含有S07的疏水改性聚丙烯酰胺理應比含 有COO^的疏水改性聚丙烯酰胺的溶解時間短，但 圖3顯示的結果卻與此相反，除了 PAMNaAMPS-15 (不含疏水基)的溶解時間低於PAMNaAA -15外，所 有18-x-係列聚合物的溶解時間都比18-x-1長。 雖然兩類聚合物分子結構上的差異僅僅體現在陰離 子單體的種類不同，但他們的分子量卻存在明顯差 異:18-x-係列聚合物的分子量比對應的18-x- 係列聚合物的分子量高一倍。這同聚合物溶解度與 分子量的一般關係一致。在同一係列聚合物中，分 子量高的級份擴散速度較小，從鄰近大分子的相互 作用中解脫出來花費的時間較長，溶解較慢。

2.4聚合物粒度的影響

聚合物樣品顆粒的大小對溶解時間也有明顯的 影響。圖4是18-1. 00-2的溶解時間與顆粒大小的 關係。顆粒越小，溶解速度越快。顆粒尺寸為30 ~ 55目的樣品完全溶解的時間僅為顆粒尺寸小於8目 的聚合物樣品完全溶解所需時間的1/8。造成這種 現象的原因是:粒度越小的聚合物顆粒，單位質量具 有的表麵積越大，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，因而同溶劑接觸的麵積越大；其

次，在粉碎過程中造成了分子鏈的斷裂，導致分子量 減小，其溶解速度加快。

 

圖4聚合物顆粒大小對HMPAM 18-1.002 溶解速度的影響

3結論

利用電導法對一係列疏水改性聚丙烯酰胺的溶 解速度進行了測量，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，結果發現其溶解速度與疏水基 

部分電臟麵溶液中，其電導曲線賴也出團的含量、陰離子基團的種類、聚和物分子量大小及聚和物顆粒的大小存在密切關係:在相同條件下，疏 水基含量越高，溶解速度越慢；分子量越高，溶解速 度越慢;聚和物顆粒越大，溶解速度越慢。實驗結果 證實了該方法的可行性。溶解性的測定對於HM- PAM的分子結構設計、工業化生產和實際應用具有 參考意義。本文方法僅是一個粗略比較，但在無更 好和更標準的方法可應用的情況下，不失為一個可 借鑒的方法。