油田化學(xué)_第二章_油田用高分子

1、12022-3-29主講：文守成主講：文守成石油工程學(xué)院石油工程學(xué)院22022-3-29緒論緒論第一章第一章 表面活性劑表面活性劑第二章第二章 油田用高分子油田用高分子第三章第三章 化學(xué)驅(qū)油技術(shù)化學(xué)驅(qū)油技術(shù)第四章第四章 酸化、壓裂及添加劑酸化、壓裂及添加劑第五章第五章 化學(xué)清蠟與防蠟化學(xué)清蠟與防蠟第六章第六章 油田化學(xué)堵水油田化學(xué)堵水第七章第七章 化學(xué)防砂化學(xué)防砂第八章第八章 油田水處理技術(shù)油田水處理技術(shù)第九章第九章 鉆井液、完井液及添加劑鉆井液、完井液及添加劑第十章第十章 固井水泥漿及添加劑固井水泥漿及添加劑32022-3-291 1、高分子化合物的特點(diǎn)及常用術(shù)語(yǔ)；高分子化合物的特點(diǎn)及常用術(shù)

2、語(yǔ)；2 2、高分子的形態(tài)特點(diǎn)；、高分子的形態(tài)特點(diǎn)； 3 3、合成高分子的幾種基本反應(yīng)：、合成高分子的幾種基本反應(yīng)：4 4、高分子化合物的命名；高分子化合物的命名； 5 5、高分子溶液；、高分子溶液；6 6、減阻作用的機(jī)理及影響因素；減阻作用的機(jī)理及影響因素；7 7、導(dǎo)致聚合度變化的化學(xué)過(guò)程；、導(dǎo)致聚合度變化的化學(xué)過(guò)程；8 8、幾種常用高分子的特點(diǎn)與合成幾種常用高分子的特點(diǎn)與合成42022-3-29 高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高, , 由由共價(jià)鍵連接的一類化合物。共價(jià)鍵連接的一類化合物。第一節(jié)第一節(jié) 高分子化合物的定義及特點(diǎn)高分子化合物的定義及特點(diǎn)

3、特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）分子量大；）分子量大；2 2）分子間力大；）分子間力大；3 3）構(gòu)象比低）構(gòu)象比低分子多；分子多；4 4）多分散性）多分散性52022-3-29C1C2C3C4Cn構(gòu)象構(gòu)象62022-3-29 聚合聚合72022-3-29組成高分子化合物的簡(jiǎn)單分子；是指合成組成高分子化合物的簡(jiǎn)單分子；是指合成聚合物的起始原料聚合物的起始原料; ;結(jié)構(gòu)單元也稱為單體單元、重結(jié)構(gòu)單元也稱為單體單元、重復(fù)單元復(fù)單元, , 和鏈節(jié)和鏈節(jié); ;鏈鏈 節(jié)節(jié): : 組成高分子化合物的組成高分子化合物的基本結(jié)構(gòu)單元基本結(jié)構(gòu)單元; ;結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)單元鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)單元鏈節(jié)82022-3-2

4、9高分子含有單體結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目高分子含有單體結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目分子量：分子量：基本鏈節(jié)分子量與鏈節(jié)數(shù)的乘積基本鏈節(jié)分子量與鏈節(jié)數(shù)的乘積nxDP92022-3-29H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH(2n-1) H2O+102022-3-29n2DP2xn 002MDPMxMn H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHnH2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH112022-3-29 -( CH2-CH=CH-CH2 -)-(-CH2-CH-)-xyn122022-3-29低分子化合物低分子化

5、合物高分子化合物高分子化合物物質(zhì)物質(zhì)分子量分子量物質(zhì)物質(zhì)分子量分子量水水1818淀粉淀粉10000100008000080000乙醇乙醇4646天然纖維素天然纖維素20000002000000葡萄糖葡萄糖198198錦綸錦綸15000150002300023000丙烯丙烯4242聚丙烯聚丙烯60006000200000200000對(duì)苯二甲酸乙二對(duì)苯二甲酸乙二醇酯醇酯211211滌綸滌綸12000120002000020000132022-3-29142022-3-29 同一種高分子物的大分子，化學(xué)組成基本相同，但分子同一種高分子物的大分子，化學(xué)組成基本相同，但分子量和分子結(jié)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)變

6、化而不影響物理化學(xué)性質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)變化而不影響物理化學(xué)性質(zhì)，這一特性為，這一特性為高分子物的多分散性高分子物的多分散性。 分子量多分散性分子量多分散性：分子量大小的差異，用分子量分布表示：分子量大小的差異，用分子量分布表示。152022-3-29 高分子的多分散性，高分子的分子量是平均分子量。有四種平均分子量。高分子的多分散性，高分子的分子量是平均分子量。有四種平均分子量。對(duì)高分子量的平均方法不同（測(cè)定方法不同）所得的平均分子量也不同，對(duì)于對(duì)高分子量的平均方法不同（測(cè)定方法不同）所得的平均分子量也不同，對(duì)于同一種高分子，可以有四種平均分子量。同一種高分子，可以有四種平均分子量。

7、一、數(shù)均分子量一、數(shù)均分子量 按聚合物中含有的分子數(shù)目統(tǒng)計(jì)平均的分子量按聚合物中含有的分子數(shù)目統(tǒng)計(jì)平均的分子量高分子樣品中所有分子的總重量除以其分子高分子樣品中所有分子的總重量除以其分子( (摩爾摩爾) )總數(shù)總數(shù)iiiinNMNNWM式中，式中，W Wi i，N Ni i，M Mi i分別為分別為i-i-聚體的重量、分子數(shù)、分子量聚體的重量、分子數(shù)、分子量數(shù)均分子量是通過(guò)數(shù)均分子量是通過(guò)依數(shù)性方法依數(shù)性方法( (冰點(diǎn)降低法、沸點(diǎn)升高法、滲透壓冰點(diǎn)降低法、沸點(diǎn)升高法、滲透壓法、蒸汽壓法法、蒸汽壓法) ) 和和端基滴定法端基滴定法測(cè)定測(cè)定162022-3-29iiiiiiiwMNMNWMWM21

8、72022-3-29iiiMWZ 232iiiiiiiiiiiiMNMNMWMWZMZM 1qqiiiiMNMNM 3q2q1qZwnMMM182022-3-29一般，一般， 值在值在0.50.50.90.9之間。之間。1iiii1iiivMNMNWMWM1192022-3-29 40000510105101054NiNiMiMn850001051010)10(5)10(105425242NiMiNiMiMw800001051010)10(5)10(106.015416.0516.04vM202022-3-29BM Mz z M Mw w M Mv v M Mn n；BM Mn n靠近聚合物中

9、低分子量的部分，低分子量部分對(duì)靠近聚合物中低分子量的部分，低分子量部分對(duì)M Mn n影影響較大響較大BM Mw w靠近聚合物中高分子量的部分，高分子量部分對(duì)靠近聚合物中高分子量的部分，高分子量部分對(duì)M Mw w影影響較大響較大B一般用一般用M Mw w來(lái)表征聚合物比來(lái)表征聚合物比M Mn n更恰當(dāng)，聚合物的性能如強(qiáng)更恰當(dāng)，聚合物的性能如強(qiáng)度、熔體粘度更多地依賴于樣品中較大的分子。度、熔體粘度更多地依賴于樣品中較大的分子。98000)10(5)10(10)10(5)10(10MNMNM25243534iiiiz23212022-3-29 222022-3-29 第三節(jié)第三節(jié) 高分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)高

10、分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài) 高分子化合物是由許多鏈節(jié)連接而成的，高分子化合物是由許多鏈節(jié)連接而成的，基本結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，基本單元相互基本結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，基本單元相互間的連接方式不同，單個(gè)高分子化合物具有不間的連接方式不同，單個(gè)高分子化合物具有不同的結(jié)構(gòu)形式，同的結(jié)構(gòu)形式，232022-3-291 1、線型結(jié)構(gòu)、線型結(jié)構(gòu) 由許多基本結(jié)構(gòu)單元連接成一個(gè)線型長(zhǎng)鏈大由許多基本結(jié)構(gòu)單元連接成一個(gè)線型長(zhǎng)鏈大分子，如：分子，如：242022-3-292 2、支鏈型、支鏈型 線形高分子上帶有側(cè)枝線形高分子上帶有側(cè)枝, , 側(cè)枝的長(zhǎng)短和數(shù)量側(cè)枝的長(zhǎng)短和數(shù)量可不同，高分子上的支鏈，有的是聚合中自然可不同，高

11、分子上的支鏈，有的是聚合中自然形成的；有的是人為的通過(guò)反應(yīng)接枝上去的。形成的；有的是人為的通過(guò)反應(yīng)接枝上去的。如：如：252022-3-293 3、體型、體型 高分子化合物的鏈與鏈之間有交聯(lián)鍵連接高分子化合物的鏈與鏈之間有交聯(lián)鍵連接時(shí)，形成體形結(jié)構(gòu)，如聚丙烯酰胺（時(shí)，形成體形結(jié)構(gòu)，如聚丙烯酰胺（PAMPAM）用）用甲醛甲醛CHCH2 2O O交聯(lián)。交聯(lián)。262022-3-29 大分子鏈中存在雙鍵時(shí)，存在順、反異構(gòu)體。大分子鏈中存在雙鍵時(shí)，存在順、反異構(gòu)體。順式（天然橡膠）順式（天然橡膠）反式（古塔波膠）反式（古塔波膠）CH2CH2CH2HCH3HCH3CCCH2CC272022-3-29溶液中

12、的形態(tài)溶液中的形態(tài) 一般線型高分子的分子量在數(shù)十萬(wàn)以上，甚至達(dá)數(shù)一般線型高分子的分子量在數(shù)十萬(wàn)以上，甚至達(dá)數(shù)百萬(wàn)、千萬(wàn)，分子的直徑很小。線型高分子在溶液中可百萬(wàn)、千萬(wàn)，分子的直徑很小。線型高分子在溶液中可以有幾種形態(tài)：以有幾種形態(tài)：接伸狀態(tài)和無(wú)規(guī)線團(tuán)狀接伸狀態(tài)和無(wú)規(guī)線團(tuán)狀。高分子的形態(tài)。高分子的形態(tài)主要取決于分子間的作用力。在良溶劑中，高分子形態(tài)主要取決于分子間的作用力。在良溶劑中，高分子形態(tài)舒展，在不良溶劑中收縮。大多數(shù)線型高分子在溶劑中舒展，在不良溶劑中收縮。大多數(shù)線型高分子在溶劑中的形態(tài)呈無(wú)規(guī)線團(tuán)狀。高分子鏈的大小的形態(tài)呈無(wú)規(guī)線團(tuán)狀。高分子鏈的大小( (相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量) )、柔

13、順性影響高分子的形態(tài)。、柔順性影響高分子的形態(tài)。282022-3-29 根據(jù)單體官能團(tuán)的性質(zhì)，制備高分子物的根據(jù)單體官能團(tuán)的性質(zhì)，制備高分子物的方法大致有：方法大致有：一、加聚反應(yīng)一、加聚反應(yīng)：腈綸、維綸：腈綸、維綸二、縮聚反應(yīng)二、縮聚反應(yīng)：聚酯、尼龍：聚酯、尼龍6666292022-3-29概念：概念： 由許多相同或不相同的不飽合單體，通過(guò)加成反應(yīng)由許多相同或不相同的不飽合單體，通過(guò)加成反應(yīng)生成高分子化合物的過(guò)程。生成高分子化合物的過(guò)程。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有低分子物析出。反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有低分子物析出。2 2）聚合物的基本鏈節(jié)與單體有相同的化學(xué)組成。聚合物的基本鏈節(jié)與單體有相同的化

14、學(xué)組成。3 3）4 4）5 5）302022-3-29分類：分類： 均聚合均聚合 按參加反應(yīng)的組分按參加反應(yīng)的組分 （參加反應(yīng)的組分不同）（參加反應(yīng)的組分不同） 共聚合共聚合 游離基型聚合游離基型聚合 按反應(yīng)機(jī)理按反應(yīng)機(jī)理 （活性中心不同）（活性中心不同） 離子型聚合離子型聚合312022-3-291 1、均聚反應(yīng)。、均聚反應(yīng)。 只有只有一種單體一種單體進(jìn)行的加聚反應(yīng)稱均聚反應(yīng)。進(jìn)行的加聚反應(yīng)稱均聚反應(yīng)。 均聚反應(yīng)得到的高分子化合物為均聚物。均聚反應(yīng)得到的高分子化合物為均聚物。 均聚物含有的鏈結(jié)構(gòu)重復(fù)單元為一種化學(xué)組成均聚物含有的鏈結(jié)構(gòu)重復(fù)單元為一種化學(xué)組成表示為：表示為：322022-3-2

15、92 2、共聚反應(yīng)、共聚反應(yīng) 由兩種或兩種以上的不同單體進(jìn)行的加聚反應(yīng)稱共由兩種或兩種以上的不同單體進(jìn)行的加聚反應(yīng)稱共聚反應(yīng)。聚反應(yīng)。共聚反應(yīng)得到的高分子叫共聚物，聚合物含有共聚反應(yīng)得到的高分子叫共聚物，聚合物含有兩個(gè)或更多不同化學(xué)組成的鏈結(jié)構(gòu)重復(fù)單元稱為共聚物兩個(gè)或更多不同化學(xué)組成的鏈結(jié)構(gòu)重復(fù)單元稱為共聚物。 共聚的類型有四種：共聚的類型有四種：交替共聚、無(wú)規(guī)共聚、嵌段共聚交替共聚、無(wú)規(guī)共聚、嵌段共聚、接枝共聚。、接枝共聚。332022-3-29交替共聚：交替共聚：A A和和B B鏈結(jié)構(gòu)單元交替地規(guī)則排列在聚合物鏈上。鏈結(jié)構(gòu)單元交替地規(guī)則排列在聚合物鏈上。無(wú)規(guī)共聚：無(wú)規(guī)共聚：A A和和B B

16、鏈結(jié)構(gòu)單元在聚合物鏈上無(wú)規(guī)則地排列。鏈結(jié)構(gòu)單元在聚合物鏈上無(wú)規(guī)則地排列。嵌段共聚：嵌段共聚：A A和和B B長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)單元組成的長(zhǎng)鏈聚合物。長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)單元組成的長(zhǎng)鏈聚合物。接枝共聚：接枝共聚：均聚物的長(zhǎng)鏈上連接無(wú)規(guī)則不等的均聚物的長(zhǎng)鏈上連接無(wú)規(guī)則不等的B B結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元。 高分子合成產(chǎn)品中以無(wú)規(guī)共聚物為主，石油工業(yè)用的破乳劑及其他產(chǎn)品高分子合成產(chǎn)品中以無(wú)規(guī)共聚物為主，石油工業(yè)用的破乳劑及其他產(chǎn)品有不少是嵌段共聚物，如有不少是嵌段共聚物，如20702070、APAP、AEAE型活性劑為嵌段共聚物。型活性劑為嵌段共聚物。342022-3-293 3、游離基聚合反應(yīng)、游離基聚合反應(yīng) 用光、熱、輻射

17、或引發(fā)劑引發(fā)，目前多用引用光、熱、輻射或引發(fā)劑引發(fā)，目前多用引發(fā)劑引發(fā)。發(fā)劑引發(fā)。引發(fā)劑引發(fā)劑是指在聚合反應(yīng)中能起單分子是指在聚合反應(yīng)中能起單分子活化而產(chǎn)生游離基的物質(zhì)，是易產(chǎn)生游離基的物活化而產(chǎn)生游離基的物質(zhì)，是易產(chǎn)生游離基的物質(zhì)，不同于催化劑。質(zhì)，不同于催化劑。催化劑催化劑是指在化學(xué)反應(yīng)中能是指在化學(xué)反應(yīng)中能改變反應(yīng)速度，使反應(yīng)速度大大增加而本身的組改變反應(yīng)速度，使反應(yīng)速度大大增加而本身的組成和重量在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。成和重量在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。352022-3-29引發(fā)劑可分為兩類：引發(fā)劑可分為兩類：1 1、油溶性引發(fā)劑。、油溶性引發(fā)劑。如偶氮二異丁脂如偶氮二異丁脂ABINA

18、BIN，加熱時(shí)可發(fā)生，加熱時(shí)可發(fā)生均裂反應(yīng)生成兩個(gè)游離基。均裂反應(yīng)生成兩個(gè)游離基。2 2、水溶性引發(fā)劑。、水溶性引發(fā)劑。362022-3-29 一般游離基加到頭部不加到尾部，主要是加到頭部一般游離基加到頭部不加到尾部，主要是加到頭部穩(wěn)定，穩(wěn)定的鍵能低，易生成。從空間阻礙看，有穩(wěn)定，穩(wěn)定的鍵能低，易生成。從空間阻礙看，有X X的基的基上空間位阻大，加到頭部比加到尾部容易。引發(fā)劑用量上空間位阻大，加到頭部比加到尾部容易。引發(fā)劑用量一般為單體重量的一般為單體重量的0.10.11 1，引發(fā)劑用量越多，生成，引發(fā)劑用量越多，生成的游離基越多，相對(duì)分子質(zhì)量就越小。的游離基越多，相對(duì)分子質(zhì)量就越小。3720

19、22-3-29382022-3-29 雙基結(jié)合為主要鏈終止方式，相對(duì)分子質(zhì)量增加一倍。雙基結(jié)合為主要鏈終止方式，相對(duì)分子質(zhì)量增加一倍。392022-3-29(4)(4)鏈的轉(zhuǎn)移鏈的轉(zhuǎn)移 是鏈增長(zhǎng)中發(fā)生副反應(yīng)中的一種類型。高分子有線是鏈增長(zhǎng)中發(fā)生副反應(yīng)中的一種類型。高分子有線型、支鏈型、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是由于反應(yīng)中有鏈轉(zhuǎn)移。型、支鏈型、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是由于反應(yīng)中有鏈轉(zhuǎn)移。402022-3-29二、縮聚反應(yīng)二、縮聚反應(yīng)定義：定義： 單體分子相互作用形成聚合物時(shí)，同時(shí)析出單體分子相互作用形成聚合物時(shí)，同時(shí)析出H H2 2O O、NHNH3 3、ROHROH等等小分子化合物的反應(yīng)稱為小分子化合物的反應(yīng)稱為縮聚反

20、應(yīng)縮聚反應(yīng)，也叫，也叫逐步反應(yīng)逐步反應(yīng)。特征：特征：縮聚反應(yīng)通常是官能團(tuán)間的聚合反應(yīng)縮聚反應(yīng)通常是官能團(tuán)間的聚合反應(yīng)反應(yīng)中有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生，如水、醇、胺等反應(yīng)中有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生，如水、醇、胺等縮聚物中往往留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征縮聚物中往往留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征, ,如如 -NHCO-NHCO-，大部分縮聚物，大部分縮聚物都是雜鏈聚合物都是雜鏈聚合物縮聚物的結(jié)構(gòu)單元比其單體少若干原子，分子量不再是單體分子縮聚物的結(jié)構(gòu)單元比其單體少若干原子，分子量不再是單體分子量的整數(shù)倍量的整數(shù)倍412022-3-29 縮聚物分均縮聚物與共縮聚物縮聚物分均縮聚物與共縮聚物 均縮聚物是由相同單體縮聚得到的產(chǎn)物。如：

21、聚均縮聚物是由相同單體縮聚得到的產(chǎn)物。如：聚乙二醇乙二醇 CHCH2 2-CH-CH2 2OOn n 共縮聚物是由不同單體縮聚得到的產(chǎn)物。例如：共縮聚物是由不同單體縮聚得到的產(chǎn)物。例如：422022-3-29縮聚反應(yīng)的歷程：縮聚反應(yīng)的歷程：(1)(1)鏈的開(kāi)始。鏈的開(kāi)始。 兩個(gè)單體分子的官能團(tuán)相互作用，為鏈的開(kāi)兩個(gè)單體分子的官能團(tuán)相互作用，為鏈的開(kāi)始，為可逆反應(yīng)，反應(yīng)需在加熱始，為可逆反應(yīng)，反應(yīng)需在加熱( (酸堿酸堿) )條件下條件下進(jìn)行。進(jìn)行。432022-3-29(2)(2)鏈的增長(zhǎng)鏈的增長(zhǎng)。有兩個(gè)途徑：有兩個(gè)途徑：442022-3-29(3)(3)鏈的終止。鏈的終止。 理論上，所有單體聯(lián)

22、成了大分子，反應(yīng)理論上，所有單體聯(lián)成了大分子，反應(yīng)就終止。實(shí)際上，縮合反應(yīng)到一定程度后，就終止。實(shí)際上，縮合反應(yīng)到一定程度后，鏈增長(zhǎng)反應(yīng)停止進(jìn)行，縮聚反應(yīng)的相對(duì)分子鏈增長(zhǎng)反應(yīng)停止進(jìn)行，縮聚反應(yīng)的相對(duì)分子質(zhì)量比加聚反應(yīng)小得多，主要因?yàn)殒溄K止比質(zhì)量比加聚反應(yīng)小得多，主要因?yàn)殒溄K止比較早。尼龍較早。尼龍6666為己二胺和己二酸的縮聚物，為己二胺和己二酸的縮聚物，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)3800038000鏈終止。鏈終止。452022-3-29主要原因：主要原因： A A、物理因素。、物理因素。反應(yīng)體系中，反應(yīng)官能團(tuán)的濃度越來(lái)越小反應(yīng)體系中，反應(yīng)官能團(tuán)的濃度越來(lái)越小，分子鏈越長(zhǎng)。官能團(tuán)的數(shù)目少，并

23、且隨著鏈的增長(zhǎng)，反，分子鏈越長(zhǎng)。官能團(tuán)的數(shù)目少，并且隨著鏈的增長(zhǎng)，反應(yīng)混合物的粘度逐漸增大，分子鏈移動(dòng)與官能團(tuán)之間的碰應(yīng)混合物的粘度逐漸增大，分子鏈移動(dòng)與官能團(tuán)之間的碰撞帶來(lái)較大阻力，減少反應(yīng)機(jī)會(huì)。同時(shí)，生成的小分子不撞帶來(lái)較大阻力，減少反應(yīng)機(jī)會(huì)。同時(shí)，生成的小分子不能及時(shí)排出，反應(yīng)易達(dá)平衡，不能向生成物方向進(jìn)行。能及時(shí)排出，反應(yīng)易達(dá)平衡，不能向生成物方向進(jìn)行。B B、化學(xué)因素。、化學(xué)因素。原料單體應(yīng)是等當(dāng)量比的，每個(gè)分子鏈兩原料單體應(yīng)是等當(dāng)量比的，每個(gè)分子鏈兩頭帶不同官能團(tuán)頭帶不同官能團(tuán)aABBBABbaABBBABb。如果反應(yīng)中某一原料揮發(fā)性較。如果反應(yīng)中某一原料揮發(fā)性較大，一個(gè)少了，一個(gè)

24、過(guò)量了，如果大，一個(gè)少了，一個(gè)過(guò)量了，如果aAaaAa過(guò)量，會(huì)使每個(gè)分過(guò)量，會(huì)使每個(gè)分子兩頭帶相同的官能團(tuán)，子兩頭帶相同的官能團(tuán)，aABABABAaaABABABAa，不能反應(yīng)，這是鏈，不能反應(yīng)，這是鏈終止早的原因。終止早的原因。462022-3-29第五節(jié)第五節(jié) 高分子的分類和命名高分子的分類和命名一、按來(lái)源分類一、按來(lái)源分類天然高分子天然高分子：淀粉、植物膠、纖維素等淀粉、植物膠、纖維素等。合成高分子合成高分子: : 分加聚高分子（分加聚高分子（均聚物均聚物、共聚物）及縮聚高、共聚物）及縮聚高分子（分子（縮聚物縮聚物）生物高分子生物高分子：由微生物（細(xì)菌）合成的高分子，：由微生物（細(xì)菌）合

25、成的高分子， 如生如生物聚多醣類高分子物聚多醣類高分子472022-3-29二、按溶解性分類二、按溶解性分類熱固性高分子熱固性高分子：加熱固化后再加熱也不易變形。：加熱固化后再加熱也不易變形。熱塑性高分子熱塑性高分子：加熱后可以軟化變形，甚至流動(dòng)：加熱后可以軟化變形，甚至流動(dòng)，冷卻后可以固化；，冷卻后可以固化；油溶性高分子油溶性高分子水溶性高分子水溶性高分子三、按熱性質(zhì)分類三、按熱性質(zhì)分類482022-3-29四、按工藝或用途分類四、按工藝或用途分類塑料塑料橡膠橡膠纖纖維維五、按幾何結(jié)構(gòu)分類五、按幾何結(jié)構(gòu)分類線型高分子（一維高分子）線型高分子（一維高分子）支鏈型高分子（二維高分子）支鏈型高分子

26、（二維高分子）體型高分子（三維高分子）體型高分子（三維高分子）492022-3-29六、按主鏈結(jié)構(gòu)分類六、按主鏈結(jié)構(gòu)分類碳鏈高分子物碳鏈高分子物：主鏈均由：主鏈均由C C組成，如聚乙烯、聚氯乙烯組成，如聚乙烯、聚氯乙烯等，不易水解等，不易水解雜鏈高分子物雜鏈高分子物：主鏈除含：主鏈除含C C外，還含有外，還含有O O、N N、S S等原子，等原子，如聚酯、聚酰胺、纖維素等，易水解如聚酯、聚酰胺、纖維素等，易水解元素高分子物元素高分子物：主鏈含有：主鏈含有SiSi、TiTi、 AlAl、AsAs等原子，如聚等原子，如聚硅氧烷等，兼有有機(jī)和無(wú)機(jī)高分子的特硅氧烷等，兼有有機(jī)和無(wú)機(jī)高分子的特性性502

27、022-3-29512022-3-29合成高分子合成高分子 合成高分子的命名主要按聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及原料單合成高分子的命名主要按聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及原料單體命名，按聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)命名主要應(yīng)指出聚合物鏈體命名，按聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)命名主要應(yīng)指出聚合物鏈中的特性基團(tuán)，如聚苯乙烯、聚丙烯酰胺等；中的特性基團(tuán)，如聚苯乙烯、聚丙烯酰胺等； 對(duì)對(duì)均加聚物均加聚物在單體名前加在單體名前加“聚聚”字，如聚乙烯，字，如聚乙烯，對(duì)對(duì)均縮聚物均縮聚物在單體名前加在單體名前加“聚聚”字，如聚乙二醇；字，如聚乙二醇；522022-3-29對(duì)共加聚物對(duì)共加聚物在單體名后加在單體名后加“共聚物共聚物”三個(gè)字，如：三個(gè)字，如：

28、對(duì)共縮聚物在對(duì)共縮聚物在單體名字后加單體名字后加“樹(shù)脂樹(shù)脂”兩個(gè)字或加兩個(gè)字或加“縮聚縮聚物物”三個(gè)字，如酚醛樹(shù)脂三個(gè)字，如酚醛樹(shù)脂532022-3-29第六節(jié)第六節(jié) 高分子溶液高分子溶液高分子溶液高分子溶液是高分子在溶劑（水或油）中分散而成的均勻分子分是高分子在溶劑（水或油）中分散而成的均勻分子分散體系，散體系，顆粒直徑顆粒直徑1010-9-91010-7-7m m，在膠體溶液，在膠體溶液(10(10-9-91010-6-6m)m)的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)。不同于膠體溶液，是。不同于膠體溶液，是穩(wěn)定體系穩(wěn)定體系，膠體溶液是不穩(wěn)定體系。，膠體溶液是不穩(wěn)定體系。542022-3-29一、高分子的溶解一、

29、高分子的溶解 高分子的溶解與低分子化合物溶解區(qū)別高分子的溶解與低分子化合物溶解區(qū)別: : 低分子溶解低分子溶解是分子相互擴(kuò)散、滲透、最后形成分子分是分子相互擴(kuò)散、滲透、最后形成分子分散的均相體系的過(guò)程。如，醇和水的互溶是互相擴(kuò)散，互散的均相體系的過(guò)程。如，醇和水的互溶是互相擴(kuò)散，互相滲入對(duì)方分子空隙之間。相滲入對(duì)方分子空隙之間。 高分子化合物的溶解高分子化合物的溶解有兩個(gè)過(guò)程，先經(jīng)過(guò)溶脹的過(guò)程，有兩個(gè)過(guò)程，先經(jīng)過(guò)溶脹的過(guò)程，然后才逐漸溶解。高分子與溶劑分子的尺寸相差懸殊，分然后才逐漸溶解。高分子與溶劑分子的尺寸相差懸殊，分子運(yùn)動(dòng)速度存在數(shù)量級(jí)差別，溶劑分子很快滲入高分子內(nèi)子運(yùn)動(dòng)速度存在數(shù)量級(jí)差

30、別，溶劑分子很快滲入高分子內(nèi)部部, ,高分子向溶劑擴(kuò)散非常慢。高分子向溶劑擴(kuò)散非常慢。 552022-3-291 1、無(wú)定形無(wú)定形( (非結(jié)晶性非結(jié)晶性) )高分子的溶解，分子鏈柔軟，鏈高分子的溶解，分子鏈柔軟，鏈間有大量空隙，與溶劑接觸，溶劑擴(kuò)散容易，高分子擴(kuò)散間有大量空隙，與溶劑接觸，溶劑擴(kuò)散容易，高分子擴(kuò)散慢。溶劑先進(jìn)入高分子空隙，分子溶脹后，聚在一起的高慢。溶劑先進(jìn)入高分子空隙，分子溶脹后，聚在一起的高分子慢慢分開(kāi)溶解。分子慢慢分開(kāi)溶解。2 2、結(jié)晶性高分子結(jié)晶性高分子晶格排列整齊緊密，分子間作用力大晶格排列整齊緊密，分子間作用力大，比無(wú)定形高分子難溶解，室溫一般不溶解。升高溫度，比無(wú)

31、定形高分子難溶解，室溫一般不溶解。升高溫度，晶形轉(zhuǎn)變成無(wú)定形后可能溶解，結(jié)晶度越高越難溶解。晶形轉(zhuǎn)變成無(wú)定形后可能溶解，結(jié)晶度越高越難溶解。562022-3-29溶脹有兩種類型：溶脹有兩種類型： 無(wú)限溶脹無(wú)限溶脹：高分子無(wú)限地吸收溶劑分子，直到形成均：高分子無(wú)限地吸收溶劑分子，直到形成均相溶液為止，如相溶液為止，如CMCCMC、PAMPAM溶于水，線型、支鏈型高分溶于水，線型、支鏈型高分子可以無(wú)限溶脹；子可以無(wú)限溶脹； 有限溶脹有限溶脹：高分子吸收溶劑到一定限度后不論與溶劑：高分子吸收溶劑到一定限度后不論與溶劑接觸多久都極少能溶解或完全不溶解。交聯(lián)體型高分接觸多久都極少能溶解或完全不溶解。交聯(lián)

32、體型高分子只能有限溶脹，交聯(lián)度很大的高分子不能有限度溶子只能有限溶脹，交聯(lián)度很大的高分子不能有限度溶脹更不能溶解。脹更不能溶解。572022-3-29高分子溶解的條件：高分子溶解的條件：1 1、高分子結(jié)構(gòu)為直鏈線型能溶解，交聯(lián)度很低的高分子、高分子結(jié)構(gòu)為直鏈線型能溶解，交聯(lián)度很低的高分子加熱后緩慢溶解，交聯(lián)度高的體型高分子不溶不熔；加熱后緩慢溶解，交聯(lián)度高的體型高分子不溶不熔；2 2、高分子溶解必須有適當(dāng)?shù)娜軇?。根?jù)、高分子溶解必須有適當(dāng)?shù)娜軇?。根?jù)“相似相溶相似相溶”的的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，極性相近規(guī)則，極性物質(zhì)溶于極性溶劑中經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，極性相近規(guī)則，極性物質(zhì)溶于極性溶劑中，非極性物質(zhì)溶于非極性溶劑中。

33、聚丙烯酰胺有極性，非極性物質(zhì)溶于非極性溶劑中。聚丙烯酰胺有極性基團(tuán)，溶于水不溶于油；聚乙烯是非極性分子溶于油基團(tuán)，溶于水不溶于油；聚乙烯是非極性分子溶于油不溶于水；不溶于水；3 3、分子鏈越長(zhǎng)、分子鏈越長(zhǎng)( (即相對(duì)分子質(zhì)量越大即相對(duì)分子質(zhì)量越大) )，高分子自身間的，高分子自身間的內(nèi)聚力越大，溶解性越小。如內(nèi)聚力越大，溶解性越小。如PAMPAM相對(duì)分子質(zhì)量在相對(duì)分子質(zhì)量在10105 510106 6的能溶于水，的能溶于水，10107 7在水中幾乎不溶；在水中幾乎不溶；582022-3-29二、高分子溶液的流變性二、高分子溶液的流變性 流變性（定義）：流變性（定義）：是材料在力的作用下是材料在

34、力的作用下發(fā)生流動(dòng)和形變的性質(zhì)。高分子的流變性劃發(fā)生流動(dòng)和形變的性質(zhì)。高分子的流變性劃分為分為彈性、粘性和塑性彈性、粘性和塑性。高分子流變性對(duì)油。高分子流變性對(duì)油田鉆井液、采油作業(yè)、儲(chǔ)運(yùn)很有意義。田鉆井液、采油作業(yè)、儲(chǔ)運(yùn)很有意義。592022-3-291 1、流體的幾種主要流型、流體的幾種主要流型（1 1）牛頓流體：）牛頓流體：（2 2）非牛頓流體：）非牛頓流體：非牛頓流體的粘度定義為：非牛頓流體的粘度定義為： 表觀粘度為剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。非牛頓流表觀粘度為剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。非牛頓流體分為流變性與時(shí)間無(wú)關(guān)體分為流變性與時(shí)間無(wú)關(guān)( (無(wú)時(shí)間依賴性無(wú)時(shí)間依賴性) )的流體如：的流體

35、如：賓賓漢塑性體漢塑性體( (無(wú)切變速率依賴性無(wú)切變速率依賴性) )和流變性與時(shí)間有關(guān)和流變性與時(shí)間有關(guān)( (有時(shí)有時(shí)間依賴性間依賴性) )的的觸變性觸變性和和震凝性震凝性流體。流體。602022-3-29612022-3-29流體的特點(diǎn)：流體的特點(diǎn)：開(kāi)始受到外力作用時(shí)不流動(dòng)，當(dāng)外開(kāi)始受到外力作用時(shí)不流動(dòng)，當(dāng)外力逐漸增大到臨界值力逐漸增大到臨界值 時(shí)才開(kāi)始流動(dòng)，臨界值為時(shí)才開(kāi)始流動(dòng)，臨界值為屈服值（屈服值（YPYP，泥漿的動(dòng)切力）。當(dāng)作用力小于，泥漿的動(dòng)切力）。當(dāng)作用力小于 時(shí)，流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)恢復(fù)，不能流動(dòng)，流動(dòng)后流態(tài)時(shí)，流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)恢復(fù)，不能流動(dòng)，流動(dòng)后流態(tài)同牛頓流體。如鉆井用的泥漿、油漆、泡

36、沫等。同牛頓流體。如鉆井用的泥漿、油漆、泡沫等。622022-3-29 式中；式中；K K為稠度系數(shù)；為稠度系數(shù)；n n為流型指數(shù)。為流型指數(shù)。流體的特點(diǎn)流體的特點(diǎn): :在極低和極高的剪切速率下，流態(tài)近在極低和極高的剪切速率下，流態(tài)近于牛頓體；在中等剪切速率下于牛頓體；在中等剪切速率下( (油田一般使用條件油田一般使用條件) )速率增加表觀粘度變小。速率增加表觀粘度變小。K K越大，高分子的增粘越大，高分子的增粘能力越強(qiáng)；能力越強(qiáng)；n n越大越接近牛頓流體。當(dāng)越大越接近牛頓流體。當(dāng)n n1 1， 為為牛頓流體。牛頓流體。632022-3-29流體的特點(diǎn)流體的特點(diǎn): : 剪切速率增加，表觀粘度增

37、加。少數(shù)高分子懸浮液剪切速率增加，表觀粘度增加。少數(shù)高分子懸浮液以及淀粉、蛋白質(zhì)、瀝青等是脹流型流體。以及淀粉、蛋白質(zhì)、瀝青等是脹流型流體。 塑性流體、假塑性流體、膨脹性流體塑性流體、假塑性流體、膨脹性流體的表觀粘度取的表觀粘度取決于剪切速度的大小，與剪切速度作用的時(shí)間無(wú)關(guān)。決于剪切速度的大小，與剪切速度作用的時(shí)間無(wú)關(guān)。642022-3-29 觸變性：物體觸變性：物體( (如鉆井液如鉆井液) )受到剪切時(shí)，稠度變小，停止受到剪切時(shí)，稠度變小，停止剪切時(shí)，稠度又增加或受到剪切時(shí)剪切時(shí)，稠度又增加或受到剪切時(shí), ,稠度變大稠度變大, ,停止剪切時(shí)停止剪切時(shí), ,稠度又變小的性質(zhì)。一般用終切與初切之

38、差表示鉆井液稠度又變小的性質(zhì)。一般用終切與初切之差表示鉆井液觸變性強(qiáng)弱。含蠟原油溶液和鉆井液有觸變性。觸變性強(qiáng)弱。含蠟原油溶液和鉆井液有觸變性。 652022-3-29剪切速率為常數(shù)，表觀粘度隨剪切時(shí)間的剪切速率為常數(shù)，表觀粘度隨剪切時(shí)間的加長(zhǎng)變大。剪切力取消后，不能恢復(fù)原狀，如加長(zhǎng)變大。剪切力取消后，不能恢復(fù)原狀，如造型石膏、糊狀物等。造型石膏、糊狀物等。觸變性流體和震凝性流體觸變性流體和震凝性流體表觀粘度與剪切表觀粘度與剪切速度有關(guān)，還與剪切作用的時(shí)間有關(guān)。速度有關(guān)，還與剪切作用的時(shí)間有關(guān)。662022-3-29(3) (3) 粘彈性流體粘彈性流體 理想的彈性體受到外力后，平衡形變是瞬時(shí)達(dá)

39、到的，理想的彈性體受到外力后，平衡形變是瞬時(shí)達(dá)到的，與時(shí)間無(wú)關(guān)；理想的粘性體受到外力后，形變隨外力線性與時(shí)間無(wú)關(guān)；理想的粘性體受到外力后，形變隨外力線性發(fā)展。高分子材料的形變性質(zhì)與時(shí)間有關(guān)，介于理想彈性發(fā)展。高分子材料的形變性質(zhì)與時(shí)間有關(guān)，介于理想彈性體和理想粘性體之間，高分子溶液表現(xiàn)出粘彈性。體和理想粘性體之間，高分子溶液表現(xiàn)出粘彈性。 高分子溶液一般為高分子溶液一般為假塑性假塑性或或塑性流體塑性流體，同時(shí)具有，同時(shí)具有觸變觸變性性和和粘彈性粘彈性。672022-3-292 2、高分子溶液的粘度、高分子溶液的粘度 高分子溶液的粘度是溶液中的高分子之間運(yùn)動(dòng)高分子溶液的粘度是溶液中的高分子之間運(yùn)

40、動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力。非牛頓流體的粘度一般用產(chǎn)生的摩擦阻力。非牛頓流體的粘度一般用表觀表觀粘度粘度表征，高分子溶液的表現(xiàn)粘度影響因素多，表征，高分子溶液的表現(xiàn)粘度影響因素多，難用表觀粘度直接比較各種高分子溶液的增粘效難用表觀粘度直接比較各種高分子溶液的增粘效率，采用高分子溶液的率，采用高分子溶液的特性粘度特性粘度來(lái)比較各種高分來(lái)比較各種高分子溶液的增粘效率。子溶液的增粘效率。682022-3-29高分子溶液粘度的幾種表示方法：高分子溶液粘度的幾種表示方法：a a、相對(duì)粘度相對(duì)粘度：表示溶液粘度比溶劑粘度大的倍數(shù)。：表示溶液粘度比溶劑粘度大的倍數(shù)。b b、增比粘度增比粘度：表示溶液粘度比溶劑粘度增加

41、的分?jǐn)?shù)。：表示溶液粘度比溶劑粘度增加的分?jǐn)?shù)。c c、比濃粘度比濃粘度：表示所有高分子在濃度：表示所有高分子在濃度C C 的情況下，對(duì)溶的情況下，對(duì)溶液粘度的貢獻(xiàn)，隨濃度液粘度的貢獻(xiàn)，隨濃度C C的變化而變化。的變化而變化。692022-3-29d d、特性粘度：定義式為：、特性粘度：定義式為： 表示單個(gè)高分子在濃度表示單個(gè)高分子在濃度C C的情況下，對(duì)溶液粘度的貢的情況下，對(duì)溶液粘度的貢獻(xiàn)，是無(wú)限稀釋高分子溶液的比濃粘度，與濃度無(wú)關(guān)。在獻(xiàn)，是無(wú)限稀釋高分子溶液的比濃粘度，與濃度無(wú)關(guān)。在一定的濃度及溶劑中，一定的濃度及溶劑中， 取決單個(gè)高分子的結(jié)構(gòu)及相對(duì)分取決單個(gè)高分子的結(jié)構(gòu)及相對(duì)分子質(zhì)量，高分

42、子的分子越長(zhǎng)子質(zhì)量，高分子的分子越長(zhǎng)( (即相對(duì)分子質(zhì)量越大即相對(duì)分子質(zhì)量越大) )或體積或體積越大，對(duì)流體的阻力越大，粘度越大，特性粘數(shù)越大，對(duì)流體的阻力越大，粘度越大，特性粘數(shù) 與溶與溶液中的相對(duì)分子質(zhì)量和分子形態(tài)有關(guān)。液中的相對(duì)分子質(zhì)量和分子形態(tài)有關(guān)。702022-3-29 采用烏氏粘度計(jì)測(cè)量某丙烯酰胺類聚合物的特性采用烏氏粘度計(jì)測(cè)量某丙烯酰胺類聚合物的特性粘度粘度,進(jìn)而確定該聚合物的分子量。測(cè)定數(shù)據(jù)如下進(jìn)而確定該聚合物的分子量。測(cè)定數(shù)據(jù)如下：聚合物稀溶液的濃度為：聚合物稀溶液的濃度為159 mg/L159 mg/L，它流經(jīng)烏氏粘度，它流經(jīng)烏氏粘度計(jì)計(jì)a a、b b刻線所需時(shí)間為刻線所需

43、時(shí)間為93.893.8秒，溶劑流經(jīng)烏氏粘度計(jì)秒，溶劑流經(jīng)烏氏粘度計(jì)a a、b b刻線所需時(shí)間為刻線所需時(shí)間為62.962.9秒，試根據(jù)下式計(jì)算式秒，試根據(jù)下式計(jì)算式=3.73=3.731010-4-4M M0.660.66（其中（其中的單位為的單位為dL/gdL/g）計(jì)算）計(jì)算該聚合物的分子量。該聚合物的分子量。sp2kcc spr1lnc1 （）k+r0tt2rlncc 哈金斯（哈金斯（HugginsHuggins）方程）方程 克拉默（克拉默（KraemerKraemer）方程）方程 712022-3-293 3、影響高分子溶液粘度的主要因素、影響高分子溶液粘度的主要因素(1)(1)溶劑的影

44、響。溶劑的影響。 在良溶劑中，高分子線團(tuán)舒展擴(kuò)張，線團(tuán)間的聚集作在良溶劑中，高分子線團(tuán)舒展擴(kuò)張，線團(tuán)間的聚集作用減弱，線團(tuán)的密度減小，對(duì)溶劑分子流動(dòng)的阻力大，粘用減弱，線團(tuán)的密度減小，對(duì)溶劑分子流動(dòng)的阻力大，粘度大；在不良溶劑中，溶劑分子和鏈段間的作用力小，鏈度大；在不良溶劑中，溶劑分子和鏈段間的作用力小，鏈段間的內(nèi)聚力使線團(tuán)緊縮，線團(tuán)密度增大，粘度減小。段間的內(nèi)聚力使線團(tuán)緊縮，線團(tuán)密度增大，粘度減小。722022-3-29（2 2）分子量和濃度的影響）分子量和濃度的影響 相同的濃度下，分子量大粘度大。相同分子相同的濃度下，分子量大粘度大。相同分子量，濃度越高粘度越大。量，濃度越高粘度越大。（

45、3 3）溫度的影響）溫度的影響 一般高分子溫度上升粘度下降。溫度上升，一般高分子溫度上升粘度下降。溫度上升，分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子間力下降，纏結(jié)點(diǎn)松開(kāi)，粘分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子間力下降，纏結(jié)點(diǎn)松開(kāi)，粘度下降。溫度上升的同時(shí)溶劑擴(kuò)散能力增強(qiáng)，溶度下降。溫度上升的同時(shí)溶劑擴(kuò)散能力增強(qiáng)，溶劑化程度下降。分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的能量增加，分子更劑化程度下降。分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的能量增加，分子更加卷曲，粘度下降。加卷曲，粘度下降。732022-3-29（4 4）剪切速率的影響）剪切速率的影響 高分子溶液是一種對(duì)剪切十分敏感的假塑性流體，高分子溶液是一種對(duì)剪切十分敏感的假塑性流體，溶液粘度隨剪切速率上升下降，在低剪切速率下大分子線溶

46、液粘度隨剪切速率上升下降，在低剪切速率下大分子線團(tuán)互相靠近，溶液的粘度很高。剪切速率增大到很大時(shí)，團(tuán)互相靠近，溶液的粘度很高。剪切速率增大到很大時(shí)，粘度下降，切力取消后，大分子粘度不能恢復(fù)的現(xiàn)象叫剪粘度下降，切力取消后，大分子粘度不能恢復(fù)的現(xiàn)象叫剪切降解，主要是大分子鏈被打斷。切降解，主要是大分子鏈被打斷。742022-3-29切力變稀和剪切降解的區(qū)別在于切力變稀和剪切降解的區(qū)別在于：切力變稀切力變稀只是大分子形態(tài)改變，切力取消大分只是大分子形態(tài)改變，切力取消大分子可恢復(fù)原形態(tài)，粘度能夠恢復(fù)。子可恢復(fù)原形態(tài)，粘度能夠恢復(fù)。剪切降解剪切降解是大分是大分子鏈被打斷，變成了小分子，粘度不能恢復(fù)。子鏈

47、被打斷，變成了小分子，粘度不能恢復(fù)。752022-3-29 (5(5）含鹽量的影響）含鹽量的影響 Na+ Na+對(duì)高分子溶液的粘度影響較大。如對(duì)部分水解聚丙烯酰胺對(duì)高分子溶液的粘度影響較大。如對(duì)部分水解聚丙烯酰胺HPAM HPAM ：高分子線團(tuán)中有高分子線團(tuán)中有-C00H-C00H和和-C00Na-C00Na基團(tuán)，在水溶液中離解成基團(tuán)，在水溶液中離解成- -C00-C00-、H+H+、-C00-C00-、Na+Na+，有靜電斥力，高分子線團(tuán)疏松，粘度，有靜電斥力，高分子線團(tuán)疏松，粘度變大。加入變大。加入Na+Na+，溶劑化作用強(qiáng)，能吸收大量水份，抑制，溶劑化作用強(qiáng)，能吸收大量水份，抑制-COO

48、H-COOH的離解，同時(shí)的離解，同時(shí)Na+Na+抑制抑制-COONa-COONa中中Na+Na+的離解，高分子線團(tuán)間的靜的離解，高分子線團(tuán)間的靜電斥力減弱，線團(tuán)緊密，粘度下降。電斥力減弱，線團(tuán)緊密，粘度下降。762022-3-29（6 6）其它因素）其它因素 PHPH值、水解度等對(duì)值、水解度等對(duì)PAMPAM等高分子化合物等高分子化合物的粘度是重要的影響因素。的粘度是重要的影響因素。772022-3-29三、減阻作用三、減阻作用 減阻又稱減阻又稱TomsToms效應(yīng)效應(yīng)，是，是19481948年第一屆國(guó)年第一屆國(guó)際流變學(xué)會(huì)上提出，以際流變學(xué)會(huì)上提出，以TomsToms名字命名。加入名字命名。加入

49、少量高分子化合物，使流體流過(guò)固體表面的少量高分子化合物，使流體流過(guò)固體表面的摩擦阻力大大降低的作用叫摩擦阻力大大降低的作用叫減阻作用減阻作用。鉆井。鉆井中減少泥漿的摩阻，采油中減少壓裂液、堵中減少泥漿的摩阻，采油中減少壓裂液、堵水劑及注入水的摩阻，油氣集輸中減少輸油水劑及注入水的摩阻，油氣集輸中減少輸油管線的摩阻都是十分重要的問(wèn)題。管線的摩阻都是十分重要的問(wèn)題。782022-3-291 1、減阻機(jī)理、減阻機(jī)理目前有關(guān)減阻機(jī)理有三種說(shuō)法目前有關(guān)減阻機(jī)理有三種說(shuō)法: :（1 1）高分子排列取向）高分子排列取向: :線型高分子化合物在一定的流速線型高分子化合物在一定的流速下，沿流動(dòng)方向排列，形成無(wú)數(shù)

50、下，沿流動(dòng)方向排列，形成無(wú)數(shù)與流向一致的線條，流體只能在與流向一致的線條，流體只能在線內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)，抑制紊流的發(fā)展線內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)，抑制紊流的發(fā)展，減少摩擦阻力。，減少摩擦阻力。（2 2）邊界效應(yīng)）邊界效應(yīng): :水基凍膠壓裂液的摩阻比水小，高水基凍膠壓裂液的摩阻比水小，高分子凍膠在管中是以塞的形式流動(dòng)。高分子凍膠在管中是以塞的形式流動(dòng)。高速流動(dòng)時(shí)，凍膠塞與管壁間的剪切力很速流動(dòng)時(shí)，凍膠塞與管壁間的剪切力很大，在熱和剪切的作用，高分子凍膠的大，在熱和剪切的作用，高分子凍膠的結(jié)構(gòu)被拆散，在管壁形成一層水膜，水結(jié)構(gòu)被拆散，在管壁形成一層水膜，水膜將膜將“塞塞”與管壁隔開(kāi)，起到減阻作用與管壁隔開(kāi)，起到減阻作

51、用（3 3）湍流減阻機(jī)理）湍流減阻機(jī)理: :在湍流中，速度分布趨向平均化，在湍流中，速度分布趨向平均化，流體流動(dòng)阻力主要取決于湍流旋渦和流體流動(dòng)阻力主要取決于湍流旋渦和管壁之間的動(dòng)量傳遞、不同尺寸旋渦管壁之間的動(dòng)量傳遞、不同尺寸旋渦之間的動(dòng)量傳遞。加入減阻劑，大旋之間的動(dòng)量傳遞。加入減阻劑，大旋渦把能量傳給高分子，高分子發(fā)生彈渦把能量傳給高分子，高分子發(fā)生彈性形變。高分子儲(chǔ)存能量，高分子有性形變。高分子儲(chǔ)存能量，高分子有粘彈性，逐漸釋放出能量傳給小旋渦粘彈性，逐漸釋放出能量傳給小旋渦，轉(zhuǎn)變成流體流動(dòng)的動(dòng)能，外界供給，轉(zhuǎn)變成流體流動(dòng)的動(dòng)能，外界供給的能量相應(yīng)減少。的能量相應(yīng)減少。792022-3

52、-29（2 2）分子質(zhì)量及濃度的影響。）分子質(zhì)量及濃度的影響。2 2、影響減阻的因素、影響減阻的因素（1 1）高分子結(jié)構(gòu)類型的影響。）高分子結(jié)構(gòu)類型的影響。減阻效果最好的高分子結(jié)構(gòu)減阻效果最好的高分子結(jié)構(gòu)為線型、長(zhǎng)鏈、柔性的大分子為線型、長(zhǎng)鏈、柔性的大分子。支鏈增加，減阻效果降低；。支鏈增加，減阻效果降低；螺旋形結(jié)構(gòu)的柔性高分子減阻螺旋形結(jié)構(gòu)的柔性高分子減阻效果更好。效果更好。（3 3）溶劑的影響）溶劑的影響（4 4）高分子降解的影響。）高分子降解的影響。同一高分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，同一高分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，減阻率越高。相對(duì)分子質(zhì)量大，無(wú)規(guī)線減阻率越高。相對(duì)分子質(zhì)量大，無(wú)規(guī)線團(tuán)大，高分子

53、變形大，粘彈性高。一般團(tuán)大，高分子變形大，粘彈性高。一般認(rèn)為相對(duì)分子質(zhì)量大于認(rèn)為相對(duì)分子質(zhì)量大于5000050000有減阻作有減阻作用。高分子的濃度要適當(dāng)，太大、太小用。高分子的濃度要適當(dāng)，太大、太小減阻效果都不好，濃度太大，溶液的粘減阻效果都不好，濃度太大，溶液的粘度增加大，不利于減阻，同時(shí)濃度太大度增加大，不利于減阻，同時(shí)濃度太大不經(jīng)濟(jì)。不經(jīng)濟(jì)。高分子在溶劑中的溶高分子在溶劑中的溶解性越好，減阻效果越好解性越好，減阻效果越好。在好的溶劑中高分子的。在好的溶劑中高分子的形態(tài)舒展，粘彈性大。形態(tài)舒展，粘彈性大。高分子降解，高分子高分子降解，高分子變成小分子，線團(tuán)直徑變變成小分子，線團(tuán)直徑變小，

54、粘彈性降低，減阻率小，粘彈性降低，減阻率下降。下降。802022-3-29四、交聯(lián)和絡(luò)合四、交聯(lián)和絡(luò)合聚合度變大的化學(xué)變化聚合度變大的化學(xué)變化 交聯(lián)交聯(lián)是高分子靠交聯(lián)劑的共價(jià)鍵結(jié)合而成。如是高分子靠交聯(lián)劑的共價(jià)鍵結(jié)合而成。如：聚丙烯酰胺與甲醛：聚丙烯酰胺與甲醛交聯(lián)交聯(lián)。 絡(luò)合絡(luò)合是指高分子與金屬離子形成配位鍵聯(lián)結(jié)起是指高分子與金屬離子形成配位鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)。配位鍵比共價(jià)鍵弱，易受剪切而降解。來(lái)。配位鍵比共價(jià)鍵弱，易受剪切而降解。部分水解聚丙烯酰胺與部分水解聚丙烯酰胺與AlAl3+3+、CrCr3+3+等等絡(luò)合絡(luò)合成鋁凍膠成鋁凍膠和鉻凍膠。和鉻凍膠。812022-3-29五、降解五、降解聚合度變小的

55、化學(xué)變化聚合度變小的化學(xué)變化降解：高分子的主鏈斷裂，分子量減小。降解：高分子的主鏈斷裂，分子量減小。降解分為三類：降解分為三類：1 1、物理降解、物理降解 由光、熱、輻射、機(jī)械剪切引起的降解為物由光、熱、輻射、機(jī)械剪切引起的降解為物理降解；理降解；2 2、化學(xué)降解、化學(xué)降解 由酸、堿、氧等引起的降解稱化學(xué)降解；由酸、堿、氧等引起的降解稱化學(xué)降解；3 3、生物降解、生物降解 由酶由酶( (細(xì)菌細(xì)菌) )所引起的降解稱為生物降解。所引起的降解稱為生物降解。822022-3-29(1)(1)剪切降解剪切降解 剪切力使高分子斷鏈成小分子、溶液粘度降低剪切力使高分子斷鏈成小分子、溶液粘度降低不能恢復(fù)的現(xiàn)

56、象稱為不能恢復(fù)的現(xiàn)象稱為剪切降解剪切降解。一般，生物高分。一般，生物高分子剪切降解植物膠合成高分子，生物高分子子剪切降解植物膠合成高分子，生物高分子的相對(duì)分子質(zhì)量分布比合成高分子窄，抗剪切能的相對(duì)分子質(zhì)量分布比合成高分子窄，抗剪切能力較強(qiáng)。管線中的流速大，流體通過(guò)井下炮眼，力較強(qiáng)。管線中的流速大，流體通過(guò)井下炮眼，會(huì)造成剪切降解。會(huì)造成剪切降解。( (還原膠）還原膠）832022-3-29（2 2）熱降解）熱降解 溫度升高，粘度下降不能恢復(fù)的情況為溫度升高，粘度下降不能恢復(fù)的情況為熱熱降解降解。高分子發(fā)生分解斷鏈，高分子類型不同。高分子發(fā)生分解斷鏈，高分子類型不同，熱降解溫度不同，大部分高分子

57、在，熱降解溫度不同，大部分高分子在pHpH7 7的無(wú)的無(wú)氧條件下，氧條件下，230230以上發(fā)生熱降解，以上發(fā)生熱降解，PAMPAM在地層在地層條件下條件下8080會(huì)熱降解，植物膠耐熱性更差。會(huì)熱降解，植物膠耐熱性更差。 842022-3-29(3)(3)氧化降解。氧化降解。 氧與高分子生成過(guò)氧化物，發(fā)生鏈鎖反應(yīng)而氧與高分子生成過(guò)氧化物，發(fā)生鏈鎖反應(yīng)而斷鏈。斷鏈。 高分子降解往往是幾個(gè)因素同時(shí)起作用，如高分子降解往往是幾個(gè)因素同時(shí)起作用，如剪切、溫度、氧、鹽等。實(shí)際應(yīng)用中為減少降解剪切、溫度、氧、鹽等。實(shí)際應(yīng)用中為減少降解，常采用地下交聯(lián)，加抗氧化劑、對(duì)高分子改性，常采用地下交聯(lián)，加抗氧化劑、

58、對(duì)高分子改性等措施。等措施。852022-3-29六、水解六、水解聚合度相似的化學(xué)變化聚合度相似的化學(xué)變化 水解是物質(zhì)加水所引起的分解作用。含有酯水解是物質(zhì)加水所引起的分解作用。含有酯鍵鍵 、醚鍵、醚鍵-O-O-、酰胺鍵、酰胺鍵-CONH-CONH2 2、腈基、腈基-CN-CN的高分子，在酸或堿的作用下，發(fā)生水解反應(yīng)的高分子，在酸或堿的作用下，發(fā)生水解反應(yīng)，高分子溶液性質(zhì)發(fā)生改變，如，高分子溶液性質(zhì)發(fā)生改變，如PAMPAM水解成水解成HPAMHPAM。862022-3-29 HPAM HPAM水解度用水解度用DHDH表示，酰胺基變成羧基的百分表示，酰胺基變成羧基的百分?jǐn)?shù)，數(shù)，HPAMHPAM的

59、水解度最大為的水解度最大為7070，不可能達(dá)到，不可能達(dá)到100100，己水，己水解的基團(tuán)解的基團(tuán)-C00H-C00H和和-C00Na-C00Na對(duì)鄰近位置有屏蔽效應(yīng)，水解度對(duì)鄰近位置有屏蔽效應(yīng)，水解度越高，水解速度越慢。水解反應(yīng)后的粘度比反應(yīng)前大，越高，水解速度越慢。水解反應(yīng)后的粘度比反應(yīng)前大，主要是在水溶液中離解成主要是在水溶液中離解成-C00-C00- -、H H+ +、-C00-C00- -、NaNa+ +，有靜，有靜電斥力，高分子線團(tuán)伸展。電斥力，高分子線團(tuán)伸展。872022-3-29第七節(jié)第七節(jié) 油田常用的幾種高分子油田常用的幾種高分子一、聚乙烯一、聚乙烯 PE(polyethyl

60、ene)PE(polyethylene)聚合條件不同可分為聚合條件不同可分為低壓聚乙烯和高壓聚乙烯。低壓聚乙烯和高壓聚乙烯。1 1、合成：低壓聚乙烯是乙烯在催化劑作用下聚合得。、合成：低壓聚乙烯是乙烯在催化劑作用下聚合得。nCH2=CH2AL(C2H5)3-TiCl470100CH2CH2n三乙基鋁三乙基鋁- -氯化鈦氯化鈦882022-3-29 高壓聚乙烯高壓聚乙烯是在高溫是在高溫(170(170200)200)高壓高壓(120(120200MPa)200MPa)及少量氧引發(fā)下生成，高壓、高溫下聚乙烯分及少量氧引發(fā)下生成，高壓、高溫下聚乙烯分子內(nèi)產(chǎn)生氫轉(zhuǎn)移生成短支鏈。子內(nèi)產(chǎn)生氫轉(zhuǎn)移生成短支鏈