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水溶性高分子材料及其應用

房存金

(商丘職業技術學院河南商丘476000)

研究報告

(一)天然水溶性高分子.以天然動植物為原料提取而得.如淀粉類,纖維素,植物膠,動物膠等.(二)化學改性天然聚合物.主要有改性淀粉和改性纖維素.如羧甲基淀粉,醋酸淀粉,羥甲基纖維素,羧甲基纖維素等.(三)合成聚合物.有聚合類樹脂和縮合類樹脂兩類,如聚丙烯酰胺(PAM),水解聚丙烯酰胺(HPAM)),聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等.按大分子鏈連接的水化基團分為[2]:非離子型和離子型.按荷電性質分為:非離子,陽離子,陰離子和兩性離子高分子,其

中后三類為聚電解質.按基團間是否存在較強的非共價鍵聯結又分為締合聚合物和非締合聚合物.

2水溶性高分子的功能和應用

2.1功能

水溶性聚合物中的親水基團不僅使其

具有水溶性,而且還具有化學反應功能,以及分散,絮凝,增粘,減阻,粘合,成膜,成

膠,螯合等多種物理功能.水溶性高分子材料的幾種主要功能是:①水溶性,水是最廉價的溶劑,來源廣,無污染.水溶性高分子

之所以溶于水,是因為在水分子與聚合物的極性側基之間形成了氫鍵.水溶性高分子的溶解具有一個重要的條件,即溶質和溶劑的溶度參數必須相近,但這僅為溶解的必要條件而非充分條件,還需考慮高分子的結晶結構的影響.②分散作用,由于絕大多數水溶性高分子都含有親水基團和一

定數量的疏水基團,因而都具有一定的表

面活性,可以在一定程度上降低水的表面

張力,有助于水對固體的潤濕,這對于顏

料,填料,粘土之類的物質在水中的分散特

別有利.此外,許多水溶性高分子可以起到

保護膠體的作用,即通過水溶性高分子的

親水性,使水一膠體復合體吸附在膠體顆粒上形成外殼,讓其屏蔽起來免受電解質所

引起的絮凝作用,使分散體系保持穩定.③

絮凝作用,水溶性高分子中的極性基團吸

附于水中的固體粒子,使粒子間架橋而形

成大的聚集體.絮凝作用在水處理中有很

重要的應用,由于用量少,見效快,效率高

等優點,已成為目前水溶性高分子材料的

最大用途.④增粘性,作為增粘劑使用是水

溶性高分子的主要用途.增粘性是指水溶

性高分子有使別的水溶液或水分散體的表觀粘度增大的作用.⑤減阻作用,指向流體

中添加少量化學藥劑以使流體通過固體表面的湍流摩擦阻力得以大幅度減小的現象.在一些情況下,添加少量水溶性高分子

材料,就可以使流動阻力減少50%甚至8O%以上,這對于工業,交通,國防等領域都有

實際的應用價值.⑥流變性,指物質在外力

作用下流動變形的特性.流變性對水溶性

高分子的應用極其重要,不同水溶性高分

子溶液在不同條件下可以具有各種流變性質,不同流變性可以滿足不同的需要.⑦

懸浮作用,水溶性高分子本身或與其它物

質所形成的水基流體的懸浮性在石油和天然氣的開采及其它行業都具有極其重要的意義,如涂料懸浮顏料離子,水煤漿的輸送等.

2.2應用

水溶性聚合物由于具有多種多樣的品

種和寶貴性能,它與表面活性劑一起,被稱為精細化工的兩大支柱,在石油勘探開發,水處理,造紙,紡織,涂料,食品,日用化工

等領域得到了廣泛的應用.

2.2.1在石油勘探開發中的應用:水

溶性聚合物作為油田化學劑的重要組分,在鉆井,固井,酸化和三次采油中,都起著

十分重要的作用.

①粘土穩定劑:粘土穩定劑可在鉆井

過程中用于抑制地層中普遍存在的粘土礦物的水化膨脹和分散運移,達到穩定粘土,保護油氣層的目的.水溶性陽離子聚合物在粘土表面的吸附作用超過中性聚合物和無機鹽,具有永久性吸附的特征.

②用作壓裂液添加劑的聚合物:水力

壓裂是油氣井增產,水井增注的一項重要措施.水基壓裂液中常用的聚合物添加劑有:天然植物膠,纖維素衍生物,聚丙烯酰胺,聚氧化乙烯及其共聚物等.

③緩蝕劑:使用緩蝕劑是采油工業中

金屬部件和設備防腐最為有效的方法之一

.水溶性陽離子聚合物可作為酸化時的

緩蝕劑,如陽離子化聚丙烯酰胺.

④驅油劑:在三次采油過程中,由于水

溶性聚合物能大幅度地改變流度比降低

油藏的非均質程度,因此,聚合物己廣泛地

應用于三次采油中,包括聚合物驅,聚合物

膠束驅,APS(堿,聚合物,表面活性劑)三元

復合驅.包括調剖堵水在內的各種提高采

8科技創新導報ScienceandTechnologyInnovationHerald收率方法中,聚合物驅油是三采技術中的

重要方法之一,它是利用聚合物溶液的高

粘度及殘余阻力系數調整吸水剖面,改善

油水流度比,從而達到提高石油采收率的

目的.目前應用于提高采收率的水溶性聚

合物主要有兩類:一類是部分水解聚丙烯

酰胺,另一類是生物聚合物(如黃原膠).相

對而言,由于前者具有來源廣,價格便宜,

溶解性和增粘性好等優點,在提高石油采

收率中的使用比例大大超過生物聚合物,

除非在油藏環境惡劣,如在高溫和高礦化

度條件下才用生物聚合物.

2.2.2在水處理中的應用:水溶性聚合

物具有絮凝作用,是有效的高分子絮凝劑,

其帶電部位能中和膠體粒子電荷,破壞膠

體粒子在水中的穩定性,促使其碰撞,通過