Page 185 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 吴春元，等: 超高分子量抗盐型聚合物的合成及性能评价 ·1247·

如图 4 所示，在 NaCl 较低质量浓度范围内，随 且与 AM 共聚后—COOH 与—CONH 2 上的—NH 2 协
NaCl 质量浓度的升高，聚合物溶液黏度会快速降 同配合，具有更强的络合作用。络合作用使水相中
低；在较高质量浓度范围内，NaCl 质量浓度对聚合 的二价阳离子被束缚住，既不参与电荷中和也不与
物溶液黏度的影响减小，甚至会使聚合物黏度小幅 —COOH 反应产生沉淀，起到稳定 IAPAM 溶液黏
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升高。这是因为，在 NaCl 质量浓度较低时，Na 与 度的作用 [21] 。
IAPAM 的作用主要是电荷中和作用，聚合物分子链 2.7 氧化还原性物质对 IAPAM 溶液黏度的影响
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上的负电荷被 Na 所带电荷中和，分子链间的电荷 大量研究发现，地层水中极少量的溶解氧、还
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斥力减弱，高分子链卷曲程度增加，水力学半径减 原性铁 Fe 和 S 等氧化还原性物质的存在可使
小，宏观表现为溶液黏度降低。随着 NaCl 质量浓度 HPAM 的黏度在短时间内大幅度下降 [22-23] 。
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的升高，溶液中的离子强度增强，高分子链间的电荷 2.7.1 IAPAM 的抗 Fe 性能评价
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斥力增高，分子链伸展，水力学半径增大，溶液黏度 根据文献报道 [24] ，Fe 对聚丙烯酰胺的降解机
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增大。对比 HPAM 可知，IAPAM 具有较强的抗一价 理是氧化还原降解机理。Fe 在水中溶解氧的氧化
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阳离子降黏的能力，当 NaCl 质量浓度为 30000 mg/L 作用下，迅速生成 Fe 和氧自由基。氧自由基具有
时，IAPAM 的黏度为 196.8 mPa·s，与未加盐比降低 很高的活性，进攻聚丙烯酰胺主链上的叔碳，通过
了 21.44%，而 HPAM 的降黏率为 33.35%。 去氢化反应插入聚合物主链，生成大分子过氧化物，
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2.6.2 IAPAM 的抗 Ca 性能评价 再经过重排反应，进一步促使主链断裂。在聚合物
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二价阳离子对 AM 类聚合物溶液的降黏作用比 链断裂过程中产生的自由基与 Fe 反应，又生成
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一价阳离子强烈得多，少量的二价盐就会使聚合物 Fe ，循环往复，聚丙烯酰胺分子被迅速打断，溶
溶液黏度大幅度降低 [20] 。不同质量浓度的 CaCl 2 对 液黏度迅速大幅降低。
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1 g/L IAPAM 和 HPAM 溶液黏度的影响，见图 5。 不同质量浓度的 Fe （0~25 mg/L）对 1 g/L
IAPAM 和 HPAM 溶液黏度的影响见图 6。如图 6 所
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示，聚合物的黏度均随着 Fe 质量浓度的增大而降
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低，但曲线斜率不同。当 Fe 质量浓度达到 10 mg/L
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时，HPAM 的黏度降至 35.12 mPa·s，与未加 Fe 相
比黏度降 低了 73.53% ；而 IAPAM 的黏度 为
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191.20 mPa·s，与未加 Fe 相比黏度降低了 23.67%。
总的来看，黏度曲线的斜率为 HPAM>IAPAM，即抵
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抗 Fe 氧化降解的能力为 HPAM<IAPAM。这一规
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律与聚合物抗 Ca 降黏的规律一致，说明所合成的
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IAPAM 对 Fe 也具有络合能力，但是对应的络合量

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图 5 CaCl 2 质量浓度对 IAPAM 和 HPAM 溶液黏度的影响 较 Ca 小。
Fig. 5 Effect of CaCl 2 mass concentration on the viscosity
of IAPAM and HPAM aqueous solutions

如图 5 所示，IAPAM 和 HPAM 溶液黏度都随
CaCl 2 质量浓度增大而急剧降低，CaCl 2 质量浓度超
过 200 mg/L 后溶液黏度趋于平缓。HPAM 的黏度随
CaCl 2 质量浓度增大而降低的幅度较 IAPAM 大。当
CaCl 2 质量浓度为 500 mg/L 时，HPAM 的黏度降至
约 10 mPa·s，与未加盐相比黏度降低了 92.19%；而
IAPAM 的黏度为 161.56 mPa·s，与未加盐相比黏度
降低了 35.52%，说明 IAPAM 具有抗二价阳离子降

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黏的能力。这是因为，Ca 的降黏机理主要有两方 图 6 Fe 质量浓度对 IAPAM 和 HPAM 溶液黏度的影响
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面：一方面是二价阳离子对 AM 类主链上的—COO – Fig. 6 Effect of Fe mass concentration on the viscosity
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负电荷的中和作用；另一方面是 Ca 与—COOH 形 of IAPAM and HPAM aqueous solutions

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成不溶于水的有机羧酸盐使该链段从水相中沉析出 Fe 氧化还原降解聚丙烯酰胺的过程是非常迅
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来，造成聚合物溶液黏度降低。本文选择的 IA 单体 速的。降解过程中，除 Fe 质量浓度外，时间对黏
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上所携带的—COOH 不仅具有较强的络合作用，并 度也有较大影响。在质量浓度 5 mg/L 的 Fe 条件下，