水合作用与 pH 调控两性离子聚合物刷的相变行为

本文基于Flory-Huggins理论,建立理论模型研究水合作用与pH调控两性离子聚合物(ZP)刷的相变行为.理论模型考虑ZP的水合作用,以及ZP刷体系中的静电作用.研究发现,在不同pH条件下,ZP刷的体积分数随着水合作的减弱而的增加.随着pH的变化,ZP刷构象随着水合性转变行为明显改变,这是由于pH调控ZP链单体带有过多的净电荷(正电荷或负电荷),致使ZP链内出现静电排斥导致ZP刷溶胀.另外,当ZP链单体呈现过多的净电荷,会在很大程度上决定ZP刷体系静电势,影响ZP刷的相变行为.通过考察体系自由能,我们还发现,ZP刷体系自由能呈现了极大值,随着pH值的变化,自由能呈现的极大值随之改变,由此表明了体系的不稳定性,进而导致ZP刷体系发生相变.

两性离子聚合物接枝改性有机膜亲水性的研究进展

膜分离过程被普遍存在的膜污染问题所困扰。两性离子聚合物是在同一分子中含有阴离子和阳离子单元的代表性材料,由于其超亲水性、化学稳定性和优异的防污能力,在生物医学和分离材料等领域受到了广泛关注。将两性离子分类,综述了将两性离子材料结合到膜表面以提高膜抗污染性能的常见方法,包括引发剂引发、等离子体引发、紫外诱导引发等。最后对两性离子改性高分子膜未来的发展进行了简单的评价和展望。

一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂

随着深层、超深层及非常规油气开采的不断深入,钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战,盐污染会导致钻井液流变性和滤失性能的急速恶化。为避免上述问题发生,通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂(PAMN),并利用红外光谱分析(FT-IR)、核磁共振氢谱分析(1H-NMR)、热重分析(TGA)、分子模拟技术(MS)、扫描电镜(SEM)及钻井液流变和滤失分析等实验方法,表征了PAMN的分子结构、热稳定性及增黏降滤失性能,并揭示了PAMN的“盐响应”机理。研究结果表明:①合成的PAMN热降解温度高达285℃,PAMN分子链在饱和盐水中的均方位移、扩散系数及回转半径远大于其在纯水中,其回转半径分别为12.5Å和3.8Å;②当氯化钠含量为0时,PAMN分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引力形成空间网络形态而卷曲成类球状结构,随着氯化钠含量增加,其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构,对氯化钠表现出正响应性;③PAMN可将饱和盐水钻井液表观黏度增加542.9%,滤失量从194 mL降低至4.8 mL,具有良好的增黏和降滤失性能。结论认为,PAMN的研发成功从根本上实现了传统钻井液处理剂从“抗盐”到“盐响应”的转变,该产品在含盐膏的深层、超深层油气开发工程中具有广阔的应用前景。

两性离子聚合物合成及盐敏机理研究

利用两性离子单体在高盐环境中分子链更舒展的特殊性能,即反聚电解质效应,设计合成一种两性离子聚合物。该聚合物以两性离子功能单体和丙烯酰胺(AM)合成,优选1,4-丁磺酸内酯与N-(3-二甲基丙基)甲基丙烯酰胺合成的甲基丙烯酰胺丙基-N,N-二甲基丁磺酸盐(NS-2)为功能单体。优化聚合物合成条件为:反应温度40℃,溶液pH值=7,引发剂质量分数为0.05%,单体占溶液总质量的40%,反应时间10 h,m(AM)∶m(NS-2)=9∶1。进而利用流变仪探究盐浓度对聚合物溶液黏弹性的影响,并用动态光散射法探究不同盐浓度和盐离子类型下分子形态和展布规律,结果表明随着盐浓度增加合成聚合物的黏弹模量和复合模量增大,分子链在高盐环境下呈现更舒展的形态和展布,流体力学半径增大,链内/链间的疏水缔合作用增强,分子链间相互缠绕出现大尺寸缔合峰,且盐离子特异性影响程度表现为Mg^(2+)>Ca^(2+)>Na^(+)。

基于四硫富瓦烯衍生物配体的配位聚合物研究进展

在过去的十五年中,基于四硫富瓦烯衍生物配体(如羧酸基、氨基或吡啶基)可灵活地与金属离子或者簇通过配位组装构建出具有多种拓扑结构和不同性质的配位聚合物而得到快速发展,其优异的结构可设计性使其广泛应用于多种研究领域。尤其是该类配体中的四硫富瓦烯(TTF)片段具有强的给电子能力、良好的氧化还原活性。特别是,在TTF核心的五元环外端的C=C位置引入取代基后,可以改变其电子状态,使其成为具有导电性、气体吸附性、光电和磁性等功能的配位聚合物材料。本文将依据配位功能团类型的不同进行分类,从该类配位聚合物的配体种类、金属中心种类及配位构型与配位数、材料合成、结构及应用等方面对近些年来该领域的重要研究进展进行综述,并对其未来发展的挑战和机遇进行展望。

两性离子型聚合物絮凝剂的制备及性能评价

海上油田含油污水具有矿化度高、成分复杂以及稳定性强的特点,使用常规的聚丙烯酰胺类絮凝剂处理效果较差,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和有机硅单体(KS-10)为原料合成制备了一种新型两性离子型聚合物絮凝剂PAM-D11,并对其分子结构进行了红外光谱和核磁共振谱图表征分析,结果表明各种单体均参与了聚合反应。PAM-D11对目标含油污水具有较好的除油效果,当其投加量为100mg/L时,除油率可以达到96%以上;并且含油污水的矿化度越高,PAM-D11的除油效果越好;当含油污水的pH处于6~8之间时,PAM-D11的除油效果相对较好;随着污水中含油量的不断升高,PAM-D11的除油率稍有降低,但降低幅度较小;另外,在相同的实验条件下,PAM-D11的除油效果明显优于其他市售的无机絮凝剂和有机絮凝剂,说明PAM-D11能够应用于高矿化度含油污水的絮凝处理中。

两性离子聚合物降黏剂的制备与性能评价

为降低制备两性离子聚合物降黏剂时常用链转移剂的危害,以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰氨-2-甲基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,基于水溶液爆聚法工艺,采用绿色环保的二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)代替常用巯基化合物链转移剂,合成了低分子量两性离子聚合物钻井液用降黏剂。以在室温下的降黏率为考核指标,优化了降黏剂的制备条件,并评价了其降黏性能。结果表明,降黏剂的最优合成条件为:TMTD加量0.75%、氧化-还原引发剂加量占单体总质量的3%、NaOH加量为AA与AMPS总物质的量的50%、AA加量为44%、AMPS加量为5.5%、DMC加量为4.5%。在此条件下,制备的两性离子聚合物降黏剂的数均分子量为914 g/mol,其在淡水基浆中的降黏率为91.53%,且具有良好的抗温性能,可以满足180℃的抗温要求。该制备方法降低了低分子量两性离子降黏剂合成工艺对环境的污染。

氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物复合膜的制备及抗牛血清白蛋白性能

生物附着是水环境使用设施污损的主要原因,在材料表面形成有机物或微生物膜是生物附着的第一步,如能抑制初期有机物膜的形成则可有效抑制进一步的附着生长,从而减少生物污损对水环境设施的危害。有机物膜主要由蛋白质及多糖组成,将具有抑制多糖和蛋白质附着功能的材料应用于设施表面,可阻止污损发生。由此,本工作以GO/In_(2)O_(3)复合材料为填料、PAZFP树脂乳液为基体,制备了一种具有微/纳米表面结构和低表面能的新型有机/无机复合涂料——氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物(GO/In_(2)O_(3)/PAZFP)复合膜,并对其抗蛋白性能进行了研究。研究结果表明,In_(2)O_(3)纳米颗粒为立方结构,粒度在20~60 nm之间,均匀地负载在GO上。GO具有较大的比表面积,为In_(2)O_(3)颗粒的加载提供了大量的活性位点,从而阻止了In_(2)O_(3)颗粒的团聚,降低了In_(2)O_(3)电子-空穴对重新复合的概率。通过填料和涂层对牛血清白蛋白(BSA)溶液吸附降解性能进行研究,结果表明,在暗环境中,复合薄膜对BSA蛋白具有一定的吸附作用;在自然光和紫外光下,复合膜具有较强的光催化降解蛋白性能。利用光催化和在PAZFP涂膜表面掺入含氟单体,复合膜表现出协同防污作用,具有较好的抗蛋白能力。

接枝-游离态两性离子聚合物刷的制备及润滑特性研究

人工关节中常用高交联聚乙烯(HXLPE)髋臼杯和陶瓷关节头组成摩擦副.为改善表面间润滑性能,采用紫外光诱导接枝法在HXLPE表面制备接枝态聚(2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)两性离子聚合物刷(PMPC),PMPC溶液作为润滑剂,使摩擦界面存在游离态PMPC,研究接枝-游离态PMPC协同作用对摩擦副润滑特性的影响.进一步为了模拟人体组织液中金属离子的影响,研究了Na^(+)、Ca^(2+)和Al^(3+)对人工关节摩擦副表面间PMPC润滑特性的影响规律.结果表明:在3 N载荷下,人工关节摩擦副表面间仅用接枝态PMPC进行润滑时,摩擦系数为0.158,且波动频繁,当接枝-游离态PMPC协同作用于摩擦副表面时,摩擦系数降低为0.072,且在120 min试验时长内保持稳定.在载荷为2 N时,接枝-游离态PMPC协同作用时的摩擦系数为0.046,当润滑剂中添加低价金属离子Na^(+)与Ca^(2+)时,摩擦系数略微增加,而添加高价金属离子Al^(3+)时,致PMPC各分子间吸引力增大而破坏其原有水合层均匀性,使得摩擦系数增至0.118,为无金属离子干扰接枝-游离态PMPC协同作用时的2.5倍.

新型两性离子粘土稳定剂的制备及其性能研究

以丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为反应单体,以过硫酸胺、亚硫酸氢钠为引发剂,制备了一种新型的两性离子粘土稳定剂,并采用红外光谱对其结构进行了表征。结果表明,在40℃下,当引发剂加量为0.55%,AM∶AMPS∶DMDAAC∶NVP物质的量比为160∶20∶13∶2,反应时间为3 h时,所制备的四元共聚物AM/AMPS/DMDAAC/NVP防膨率可达90.74%,具有良好的耐温耐盐性及耐酸碱性能,可以有效防止粘土水化膨胀、分散运移,有利于降低采油成本,在油气田领域具有良好的应用潜力。

微交联聚吡咯衍生物的合成与光学性能

有机共轭聚合物因具有独特的结构和光电性能,在发光材料及器件领域有着广泛的研究和应用。以吡咯和单醛基苯甲醛为线形单体,以对苯二甲醛为交联单体,采用溶液缩聚法制备了4种蓝光微交联聚吡咯衍生物,并对其分子结构、聚集态结构、微观形貌、热行为、紫外-可见吸收和荧光性能等进行了分析,考察了取代基类型对其结构和光学性能的影响。研究表明,微交联聚吡咯衍生物具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性能,为非晶态和亚微米级的球形堆积体;在340nm左右紫外光的激发下,微交联聚吡咯衍生物能够产生约473nm的可见光,属于蓝色发光材料;不同类型的取代基对微交联聚吡咯衍生物的结构和光学特性有所影响。该微交联聚吡咯衍生物制备简单,结构可调可控,在聚合物发光二极管领域有着潜在的应用。

蓝紫光支化聚吡咯衍生物的制备及发光特性

开发新一代的绿色节能照明器件是落实我国“双碳”战略目标的重要举措。聚吡咯及其衍生物是一类蓝紫光聚合物材料,因光电性能突出而备受关注。以N-甲基吡咯和4种单醛基苯甲醛为线形单体,对苯二甲醛为支化单体,采用溶液共缩聚法制备了4种可溶的、低结晶度的蓝紫光支化聚吡咯衍生物。研究表明,该类衍生物在268nm和358nm左右有明显的紫外-可见吸收峰;在355nm左右紫外光的激发光下,该类衍生物能发射出约为430nm的可见光,属于蓝紫光材料。该类支化聚吡咯衍生物可用作聚合物发光材料,在发光二极管领域中有着良好的应用前景。

基于超分子衍生类多孔有机聚合物的样品前处理方法研究进展

多孔有机聚合物是一类由有机构筑单元通过共价键连接构成的多孔材料,因具有高比表面积、可调节孔径、高度可设计性和易修饰性等特点,在样品前处理领域表现出巨大的应用潜力。设计新型功能性的构筑单元是实现目前多孔有机聚合物材料创新发展的重要因素,也是实现复杂基质中目标分子高效、高选择性分离富集的核心与关键。近年来,超分子衍生类化合物凭借其良好的主客体识别化学性质、简便易行的功能化策略以及可调节的拓扑构型,为多孔有机聚合物材料的构筑提供了新的启示和突破。本文重点归纳了不同结构类型的超分子衍生类多孔有机聚合物构筑策略,并聚焦于食品分析和环境监测,简要综述了超分子衍生类多孔有机聚合物在样品前处理领域的最新研究进展,并对该领域的发展方向进行了展望。

全氟聚醚及其衍生物的研究与应用

全氟聚醚(PFPE)及其衍生物的分子结构中含有大量的C—F键,且分子骨架上的碳原子被电负性强的氟原子包裹,使其具有低饱和蒸汽压、优异的化学稳定性、良好的抗核辐射性、不燃性和生物惰性等特性,通常被用作航天航空、核工业、轨道交通、石油石化、真空设备等领域的润滑和密封材料。全氟聚醚衍生物的结构中除包含了全氟聚醚分子链外,还具有活性基团,通过化学手段对此类衍生物进行官能团“接枝”,能够进一步丰富其固有特性。全氟聚醚及其衍生物已成为磁性流体、多功能表面涂层以及含氟聚合物材料等领域的研究热点。综述了全氟聚醚及其衍生物在润滑材料、防污涂层、含氟聚合物材料等领域的研究与应用现状,并展望了全氟聚醚及其衍生物未来的研究方向和应用前景。

无机盐对水溶液中两性离子聚合物分子线团尺寸的影响

初步考察了无机盐对水溶液中两性离子聚合物分子线团尺寸的影响，发现分子结构因素（如分子量、基团类型与含量等）以及无机盐浓度与种类等因素都影响水溶液中两性离子聚合物的分子线团尺寸。

两性离子聚合物黏土水化抑制剂的合成与性能

以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和氯化N-甲基-N-烯丙基咪唑(MAC),烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)制备了一种耐温耐盐四元共聚物AM/AMPS/MAC/APEG,并对该聚合物进行了红外、核磁表征,考察了聚合反应条件对聚合产物防膨率的影响,探讨了不同条件下合成聚合物溶液及其与KCl复配体系对膨润土的防膨能力以及对伊利石和泥页岩水化作用的影响。结果表明:最佳合成条件为:单体总量为20%,单体配比AM/AMPS/MAC/APEG为90∶5∶3∶2,引发剂(亚硫酸钠/过硫酸铵,摩尔比1∶1)加量0.2%,p H值4,反应温度40℃。合成聚合物具有较强的抑制能力。浓度为20 g/L合成聚合物溶液对膨润土的防膨率为79%,且能明显降低伊利石的水化膨胀应力,同时30 g/L合成聚合物与5 g/L的KCl复配后能够将泥页岩在水溶液浸泡后的压入硬度保留率由在水中的21.7%提高至69%。

一种两性离子聚合物合成及粘土稳定性能研究

以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)制备了一种耐温耐盐AM-APEG-AMPS-DMDAAC四元聚合物。对该聚合物进行了红外、ESEM表征。考察了反应温度、pH值、引发剂加量、单体浓度、配比等对聚合物表观粘度的影响,确定了最佳的合成条件。抗温、抗盐、抑制钠蒙脱土(Na-MMT)水化膨胀实验结果表明:在矿化度为13000mg/L或130℃条件下表观粘度保留率分别为88%和38%,同时该聚合物与KCl或NaCl复配能够显著降低Na-MMT的晶层间距,提高泥页岩在水浸泡后的压入硬度。

甜菜碱型两性离子聚合物P(AM-DMAPAAS)的盐溶液性质

将丙烯酰胺丙基二甲基胺(DMAPAA)和1,3-丙基磺内酯,在55℃下反应20 h,合成了3-(丙烯酰胺丙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPAAS),将其在盐溶液中与丙烯酰胺(AM)单体进行自由基共聚合反应,获得净电荷为零的磺基甜菜碱型两性离子共聚物P(AM-DMAPAAS);对该两性离子共聚物进行了表征和溶解性评价。研究结果表明,共聚物在NaCl溶液中的粘度比在纯水中的大,在Mg2+和Ca2+盐溶液中的粘度更大,且随着溶液浓度的增大而增大,表现出明显的反聚电解质溶液性质。升高相同温度,两性离子共聚物的粘度保留率是普通聚丙烯酰胺的1.4倍。

氨基酸衍生物手性分离分子印迹聚合物

本文从识别机理 ,制备方法及其应用等方面简要介绍了近年来用于氨基酸衍生物手性分离的分子印迹聚合物的一些研究进展。

岩石孔隙对两性离子聚合物凝胶成胶效果影响

利用黏度计、动态光散射仪以及岩心流动实验研究交联聚合物体系在磨口瓶和多孔介质中的成胶效果及体系与岩心的配伍性能。结果表明:在磨口瓶中体系黏度大幅上升,分子线团尺寸明显增加,具有良好的成胶效果,且体系先发生分子内交联,然后发生分子间交联,当体系发生大范围分子间交联前分子线团尺寸较小,与岩心配伍性良好,而交联后分子线团尺寸大幅增加,难以注入岩心;静态条件下,体系能够在岩心内成胶,但成胶强度明显低于在磨口瓶内的强度,且体系的残余阻力系数随着时间的增加先增大后降低,随岩心渗透率增加而增大;动态条件下,体系的阻力系数与同浓度聚合物溶液的几乎相等,说明该体系在多孔介质内动态条件下难以发生交联反应,原因是流动会干扰交联聚合物溶液体系中交联基团的运移、取向和定位,降低交联体系在适当位置形成交联的概率。