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耐温降失水剂D230结构与功能浅析(一)

 
 为了进一步确认聚合物的结构我们对样品进行了定量13C核磁共振谱的测试。结果如下：
 
图3  D230的13C核磁共振谱
 我们根据聚合物的13C核磁共振谱峰的化学位移和峰的劈裂现象，对聚合物中的特征基团进行归属，如下表所示。
表3  D230的13C核磁共振谱数据表
 峰序  化学位移（&）  多重性  C数目  相应C类型
 1  178.92  s  3  >C=O
 2  175.48  s  12  >C=O
 3  163.56  s  2  >C=O
 4  57.37  s  12  >C<
 5  51.9  s  12  -CH2-
 6  41.91  m  16  >CH-
 7  34.48  s  12  -CH2-
 8  25.98  s  24  -CH3

 

 我们通过分析得出聚合物中含有羰基和脂肪族碳，结果与红外测试的结果相一致。80-160 ppm 处没有吸收峰说明聚合物中不含有芳香苯环。结合红外数据，说明聚合物中的磺酸是脂肪族磺酸，根据核磁共振谱中其它甲基亚甲基的含量可知样品中含有丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸钠和乙烯基吡咯烷酮。
 从中可以看出178.92为丙烯酰胺基的C=O中的C，175.48为AMPS中C=O中的C，163.56为NPV的C=O中的C，从其面积可以得出AM：AMPS：NPV=1.5：6：1。
4.2 样品分析结果
 通过多种手段分析可知，D230是丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸钠与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物，其分子式如下：
 
5 D230的结构特性
5.1 样品中各单体组分功能
(1) 丙烯酰胺(AM)
 聚丙烯酰胺(Polyacryamide，简称PAM)，是丙烯酰胺(AM)及其衍生物的均聚物和共聚物的统称。聚丙烯酰胺作为水溶性聚合物的代表，关键在于其单体丙烯酰胺：丙烯酰胺的双键是缺电子的，故亲核试剂容易与双键起加成反应，丙烯酰胺分子主键以-C-C键相连，热稳定性好；其聚合物为水溶性线型结构，具有良好的剪切稀释特性和柔顺性；可以通过改变产物的分子量和分子量分布使其满足不同的需求；可以通过选择共聚单体而在分子链上引入多种水化基团和吸附基团，并可根据需要调整水化基团和吸附基团的比例；聚丙烯酰胺分子主链上带有的大量酰胺基具有很好的化学活性，可以和多种化合物反应而产生许多聚丙烯酰胺的衍生物。此外，酰胺基的独特之处还在于它能与多种可形成氢键的化合物形成具有很强作用的氢键。所以，聚丙烯酰胺不仅具有一系列衍生物，而且具有多种宝贵的性能，如絮凝性、增粘(稠)性、表面活性等。
 目前，改善水泥浆滤失性能和游离水的控制，基本上采用天然聚合物改性及合成聚合物来实现。在选择原料时宜遵循以下原则：首先考虑选用水溶性单体或聚合物经特殊处理能生成水溶性产物的单体；其次所设计产品既希望性能优良，又希望价格低廉，以便于产品的推广，在合成设计中选用来源丰富、价格低廉的原料；此外，应尽量减少产品在生产和使用中的环境污染。鉴于丙烯酰胺类聚合物在油田各领域的广泛应用及丙烯酰胺单体独特的化学合成优势，本文拟选择丙烯酰胺为单体之一合成出一种用于控制油井水泥浆失水的聚合物。
(2) 氮甲基吡咯烷酮(NVP)
 NVP的结构中，形成其链和吡咯烷酮环上的亚甲基是非极性基团，具有亲油性。分子中的内酰胺是强极性基团，具有亲水和极性基团作用。这种结构特征使NVP溶于水和许多有机溶剂，如烷烃、醚、酯、酮、氯化烃。
(3) 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)
 AMPS是丙烯酰胺衍生物，因其分子结构中具有不饱和双键乙烯基，并具有强阴离子性和亲水性官能团磺酸基，从整个分子结构考虑，基团-SO3H的存在使AMPS具有良好的水溶性；-SO3H电荷密度大，水化性强，在负离子-SO3-中两个π键和三个氧原子共享一个负电荷，使-SO3-稳定，对外界阳离子的进攻不敏感，使AMPS具有很好的抗盐性。从聚合的角度讲，AMPS聚合物分子主链为碳链结构，稳定性很高；AMPS的重复单元空间体积大，能有效增大空间位阻，提高大分子链的刚性，提高其耐温、抗盐及抗剪切性能。AMPS单体的引入，在一定程度上起到了抑制-CONH2水解的作用，从而提高了共聚物基团的稳定性；-CH2SO3Na的对盐不敏感性赋予了共聚物很好的抗盐性。