《改性聚丙烯醯胺水溶液粘度的計算機模擬研究》是依託四川大學，由周歌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：改性聚丙烯醯胺水溶液粘度的計算機模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周歌
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚丙烯醯胺（PAM），是一種十分重要的水溶性高分子聚合物。改性後的聚丙烯醯胺能廣泛套用於增稠、絮凝、穩定膠體、減阻、以及生理醫學材料等領域。高性能PAM類產品的製備與開發是近年來PAM類油田化學品研究領域最熱門的課題之一，其工作多集中在如何獲得高分子量聚合產品和如何使產品更加耐溫耐鹽和抗剪下等方向上。在本項目中，就是套用計算機模擬的方法結合實驗數據研究聚丙稀醯胺水溶液的粘度，討論聚合物分子量、溶液密度、溫度、鹽濃度等因素對溶液粘度的影響，建立構效關係模型；另外以丙烯醯胺為主體，引入從實驗上來說可能增加聚合物粘度和抗鹽性的單體，用分子設計的方法得到各種具有穩定結構的新型聚丙烯醯胺共聚物，再使用提出的構效關係模型對所設計分子的水溶液的粘度性質進行預測，從中篩選出可能的具有符合實驗需要的高粘度抗鹽改性聚丙烯醯胺化合物，為實驗研究提供參考分子，從而縮短研製周期，降低開發成本。
結題摘要
聚丙烯醯胺（PAM）是一類重要的線性水溶性聚合物，但是其耐溫、耐鹽和抗剪下等方面性能的不足，阻止了其進一步運用。為了獲得具有良好性能的PAM，我們對其進行分子改性設計，不同的疏水單元被用來設計改性聚丙烯醯胺鏈。我們研究了各種疏水改性聚丙烯醯胺稀溶液的耐鹽性以及在不同溫度下的行為。 首先，通過實驗方法，研究不同鹽濃度及pH對非離子型聚丙烯醯胺（PAM-H）和陰離子型的聚丙烯醯胺（HPAM）水溶液的表觀粘度及特徵粘度的影響，結果顯示錶觀粘度和特徵粘度與聚合物尺寸（流體力學半徑和迴旋半徑）具有相對明確的數學關係，更能準確地反映聚合物分子結構和尺寸，從微觀說明了HPAM比PAM-H具有較好的增粘效果及較差的抗鹽性能的原因。其次，選用帶有C8 ~ C11的飽和碳鏈疏水單體進行疏水改性設計。通過分子動力學模擬的方法，我們研究了各種改性分子在不同NaCl濃度和不同溫度下的動力學性質。考察了疏水單體的結構對聚合物溶液體系特徵粘度的影響。在稀溶液內，疏水改性的單體所帶支鏈越少，特徵粘度越大。模擬結果和相關實驗的分析結果保持一致。即：締合聚合物的粘度表現出隨外加鹽含量的增加先下降再上升的特點。和實驗數據相比，模擬計算所得的結果表明疏水改性聚丙烯醯胺具有很好的耐鹽性。我們還考察了在不同溫度下的溶液體系。結果顯示HM-HPAM溶液體系的粘度-溫度關係不是很有規律性。最後，聚合物鏈的MSD曲線的研究表明聚合物鏈的特徵粘度越高，聚合物鏈在溶液中的移動性越差。第三，我們還設計了3種不同的改性單體，分別是苯乙烯，以及苯乙烯上接有2種不同鏈長度的PEG鏈，並考察了上述4種改性聚丙烯醯胺在水溶液中的構象和溶液性質，考察了其迴旋半徑、有效長度、流體力學半徑、以及特性黏數隨著NaCl濃度的增加的變化的情況。同時，在相同的鹽濃度的區間下研究了改性分子稀溶液的特性黏數的降低程度。結果表明，改性相對於聚丙烯醯胺的抗鹽性都有一定程度的提高，並且隨著苯環上PEG鏈長度的增加，其抗鹽的效果越來越好。我們改變改性單體在聚合物中的摩爾分數從1%~4%。結果表明，當改性單體的數量為4%的時候，其耐鹽性最好。 綜上所述，研究的結果讓我們對聚合物鏈的結構變化的微觀機制有了更深刻的理解。我們結合實驗提出的分子設計方案能夠有效改變聚丙烯醯胺稀溶液的粘度和抗鹽性，而這些信息將會有效的指導實驗合成。
