二元接枝梳状聚合物的合成及降凝性能研究

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现代化工业飞速发展,石油作为能源的一个重要组成部分,目前依然是制约各国工业进步的焦点。70年代左右共发生过两次石油危机,在全世界引起了极大的震动。危机之后,世界各国尤其像美国等大的石油消费国加进了石油的勘探和储备。我国作为工业发展的后起之秀,现在也在积极的拓展海外购油策略。目前国际比较通用的石油运输基本上是管道运输,但是由于石油的凝点较高,在运输过程中需要安装加热站和泵站,这无疑大大增加了石油运输的能耗。因此如何有效安全的降低石油凝点成为国际上共同研究的课题。本课题研究首先采用计算机模拟方法,模拟了一种二元聚合物MAMA(马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯)的接枝产物NMAMA(油胺和MAMA)在原油中聚集空间结构,由此得出NMAMA和原油中的石蜡会有一定的相互作用。接着对模拟的组分进行了势能和非键能的模拟,发现在模拟温度条件下,势能逐步提高并稳定,而非键能数值较小,并且基本没有变化。由此初步得出结论,聚合物模拟后出现肉眼可见的聚集效应;能量模拟过程中势能逐步提高并稳定,分子间结构变得稳固。该聚合物具备理论上降凝的可行性。之后根据分子模拟的结果,本实验合成了MAMA和SMA(苯乙烯和马来酸酐)二元聚合物,并分别与油胺和十八醇反应,制备生成四种不同结构的梳状聚合物NMAMA(油胺和MAMA)、OMAMA(十八醇和MAMA)和NSMA(油胺和SMA)、OSMA(十八醇和SMA)。采用红外光谱分析(IR)测定了各个聚合物的特征官能团,确保聚合反应和接枝反应的成功;利用凝胶色谱分析(GPC)测试了六种聚合物的平均分子量和分子量的分散度;利用差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TGA)得出聚合物不同的玻璃化转变温度以及聚合物热失重的速率曲线,讨论研究了聚合物的分子结构特性。随后通过凝点实验测定添加了不同浓度聚合物的原油的凝点,利用扫描电镜(SEM)拍摄加入聚合物之后原油表面形貌图片,利用上述结果进行了梳状聚合物降凝的机理研究。研究结果表明,官能团上侧链的长度和数目会影响聚合物添加剂的降凝能力;在添加剂分子结构中引入π键和氢键缔合作用可以改善添加剂的降凝效果;聚合物的分子量和添加浓度影响降凝效果。这些分析结果与分子模拟评价基本一致,四种接枝梳状聚合物具有潜在的工业降凝应用价值。
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