水溶液中溶解性能的好坏是一种聚合物最终 能否应用于油气开采的首要条件[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 )的亲水主链上引入极少量 (摩尔浓度一般低于2%)[2]疏水侧基所形成的一类 新型水溶性聚合物。由于在HMPAM主链上引入 了非极性的疏水侧基，尽管其流变性能得到了一定 的改善，但水溶性受到一定的影响。其次，疏水基的 分子间或分子内缔合也会影响其溶解速度。

为了解决疏水缔合所带来的増粘性强和溶解性 差的矛盾，文献[3]利用一系列缓冲基（spacer)长度 不同的表面活性大单体(surfomer)与丙烯酰胺共聚 获得了成功，但同其它报遒4] 一样，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，对于溶解性的判 断仅限于肉眼观察。最近，文献[5, 6]都提出使用分 光光度计检测溶液的透光度判断疏水缔合聚丙烯酰 胺(不含离子基）和疏水改性羧甲基纤维素（HM- CMC)溶解能力的优劣，但这种办法仅适合极稀溶 液，对于实际应用的中等浓度条件的溶液缺乏应用 意义。文献[7]联合使用电导、电位滴定、静态和动 态光散射研究了疏水改性碱溶性乳液(HASE)的溶 解行为，但其研究重点是该类聚合物溶解过程中构 象行为的变化，对聚合物本身的溶解能力并未涉及。 对于离子型聚合物，在早期的研究中，文献[8, 9]曾 报道过利用电导法，根据离子的导电能力，研究了极 性聚丙烯酰胺的水溶性。

由于本文所合成的疏水改性聚丙烯酰胺仍含有 离子基团，故借鉴此方法，对一系列疏水缔合聚丙烯 酰胺的溶解速度进行了测量，通过溶解速度判断其 溶解能力，着重考察了疏水基团含量、离子基团种 类、分子量高低、聚合物粒度大小对聚合物溶解能力 的影响。

1实验部分

1.1原料和试剂

所用系列疏水缔合聚丙烯酰胺的合成、纯化和 表征己在文献[10]作过报道，其组成和物理特性见 表1。其中18-x-系列聚合物由丙烯酰胺(AM )、 丙烯酸钠(NaAA)和一种疏水侧链为C18的疏水单 体通过自由基共聚制得；18-X-2系列的阴离子单体 为2 —丙烯酰胺基一2—二甲基丙磺酸钠 (NaAMPS)，其它组成与18-X-1系列相同。样品代 号中“ 18”表示疏水基长度，“ XX”表示疏水基含量， “1”表示阴离子集团为COO-“2”表示阴离子基团 为SO—

为进行对比，在相同条件下合成了不含疏水基 的共聚物。根据元素分析结果，这些聚合物的最终 组成与投料组成接近[10]。聚合物分子量根据在1.0 mol/LNaCl 测定的特性粘数[11]和 Mark-Houwink 方程[12计算而得，本文仅作相对比较。实验用水为去离子蒸馏水。根据实验需要，对部分样品利用高型)粉碎，并通过系列分样筛分级以考察聚合物样品

速万能粉碎机（江苏姜堰市洪林电器设备厂XA-1颗粒大小对溶解性的影响。

表1系列疏水缔合聚丙烯酰胺的组成及物理特性

样品代号聚合物组成/(mol/mol)粘均分子量备注

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阴离子 基团为 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阴离子

基团为

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实验装置及原理

参考测定粉状聚丙烯酰胺溶解速度的装置[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， 自建了一套测定系列疏水缔合聚丙烯酰胺的溶解速 度的简易装置（图1)。

 

将一个带塑料盖的试样瓶(250 ml)置于恒温槽 中，恒温槽的温度通过触点温度计控制。通过试样 瓶的盖子向聚合物溶液中插入一支电导电极和一支 温度计，电导仪(DDS-11A，上海大中分析仪器厂）与 记录仪(量程4mv四川仪表厂）相连。当离子型聚 合物溶于水时，聚合物离解成聚离子和反离子，使溶 液具有一定的导电能力。随着聚合物的不断溶解 溶液中的离子含量増大，溶液的电导值相应増大。 当聚合物完全溶解后，溶液的电导值达到恒定。聚 合物溶液的电导值通过与电导仪相连接的记录笔自 录笔的走纸长度和记录笔的移动速度即可计算出相 应的时间。根据此原理，聚合物溶液电导值达到恒 定所需的时间即为聚合物试样的溶解时间，所以可 通过测定一定浓度的聚合物溶液在一定的温度条件 下电导值达到恒定所需的时间来表征其溶解速度， 通过溶解速度比较其溶解能力。

1.3实验方法

按配制200 ml浓度为0.2wt%的聚合物溶液标 准准确称取样品和二次蒸馏水。先将二次蒸馏水加 入250 ml试样瓶中，放入磁搅拌子和电导电极，在温 度为30±0. 5工在3档速搅拌条件下缓慢加入样 品。打开记录仪，设置记录笔的走纸速率，开始记 录。待电导率达到恒定时，关闭记录仪，停止测定， 计算试样的溶解时间。

2结果与讨论

2.1溶解时间的计算

图2是粒度为8 ~ 16目的疏水缔合聚丙烯酰胺 样品18-1. 00-2在水中的电导率随时间的变化关系， 记录仪的走纸速度为0.05 cm/min。在溶解的初始 阶段，电导率上升较快，在经过70 min以后，电导变 化幅度减缓，走纸长度达到10.5 cm时，电导率几乎 不再变化，因而可大致确定该样品的溶解时间为210 

动记录在记录纸上。当电导值稳、定时-通过测量记■根据同样方法可计算其它样品的溶解速i度 

 

2.2疏水基含量溶解时间的影响

系列聚合物样品（粒度均大于8目）的测定结果 如图3。

 

从图3可以发现：

(1)疏水改性聚丙烯酰胺样品的溶解时间远远 高于丙烯酰胺共聚物；

(2)对于同一系列的聚合物，疏水基含量越高， 溶解时间越长。

一般认为，聚合物的溶解要经历水化、溶胀和溶 解的过程。随着疏水基含量的増加，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，聚合物在水溶 液中形成分子内和分子间缔合的可能性越大，从而 形成类似吸水树脂那样的网络状结构而将部分水分 子包裹在其中，这样使得网络状结构内部的基团难 以与更多的水分子接触，其水化过程大大减缓，因此 最终完全溶解的时间将大大延长。对于疏水基团含 量较高的聚合物，这种情况则更为明显。如图3中 的18-1. 00-2。相比之下，出人意料的是，18-1.00-1 的溶解时间反而低于疏水基含量比其低的18-0.75- 1。这可能是因为18-1. 00-1的疏水基含量很高，其 形成分子间缔合的可能性最大，所形成的网络状结 构可能把部分亲水基，如COO-也包含在其中，使 现了平台区，因此结果就出现了如图2所示的其溶 解速度快于其他同系物的假象。

2.3阴离子基团种类和分子量对溶解速度的影响

由于SO7的电离能力更强，在其他条件相同的 情况下，含有S07的疏水改性聚丙烯酰胺理应比含 有COO^的疏水改性聚丙烯酰胺的溶解时间短，但 图3显示的结果却与此相反，除了 PAMNaAMPS-15 (不含疏水基)的溶解时间低于PAMNaAA -15外，所 有18-x-系列聚合物的溶解时间都比18-x-1长。 虽然两类聚合物分子结构上的差异仅仅体现在阴离 子单体的种类不同，但他们的分子量却存在明显差 异:18-x-系列聚合物的分子量比对应的18-x- 系列聚合物的分子量高一倍。这同聚合物溶解度与 分子量的一般关系一致。在同一系列聚合物中，分 子量高的级份扩散速度较小，从邻近大分子的相互 作用中解脱出来花费的时间较长，溶解较慢。

2.4聚合物粒度的影响

聚合物样品颗粒的大小对溶解时间也有明显的 影响。图4是18-1. 00-2的溶解时间与颗粒大小的 关系。颗粒越小，溶解速度越快。颗粒尺寸为30 ~ 55目的样品完全溶解的时间仅为颗粒尺寸小于8目 的聚合物样品完全溶解所需时间的1/8。造成这种 现象的原因是:粒度越小的聚合物颗粒，单位质量具 有的表面积越大，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，因而同溶剂接触的面积越大；其

次，在粉碎过程中造成了分子链的断裂，导致分子量 减小，其溶解速度加快。

 

图4聚合物颗粒大小对HMPAM 18-1.002 溶解速度的影响

3结论

利用电导法对一系列疏水改性聚丙烯酰胺的溶 解速度进行了测量，疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究，结果发现其溶解速度与疏水基 

部分电臟麵溶液中，其电导曲线賴也出团的含量、阴离子基团的种类、聚和物分子量大小及聚和物颗粒的大小存在密切关系:在相同条件下，疏 水基含量越高，溶解速度越慢；分子量越高，溶解速 度越慢;聚和物颗粒越大，溶解速度越慢。实验结果 证实了该方法的可行性。溶解性的测定对于HM- PAM的分子结构设计、工业化生产和实际应用具有 参考意义。本文方法仅是一个粗略比较，但在无更 好和更标准的方法可应用的情况下，不失为一个可 借鉴的方法。