[发明专利]一种以β-CD为核的超分子星形聚合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以β‑CD为核的超分子星形聚合物及其制备方法。该超分子星形聚合物以β‑环糊精改性支化单体F‑β‑CD为内核，接枝丙烯酰胺、丙烯酸、疏水单体和表面活性大分子单体；所述疏水单体为N‑苄基‑N烷基（甲基）丙烯酰胺、N‑苯乙基‑N烷基（甲基）丙烯酰胺中的一种或多种；所述表面活性大分子单体为烯丙基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚（甲基）丙烯酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚烯丙基醚、烷基醇聚氧乙烯醚（甲基）丙烯酸酯、烷基醇聚氧乙烯醚烯丙基醚中的一种或多种。其制备方法原材料价廉易得，合成条件易于控制，产率较高。本发明具有优异的增黏性、耐温、耐盐、耐水解性能，在油田提高采收率及水力压裂方面展现出良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于油田提高采收率及水力压裂的超分子星型聚合物及其制备方法。

背景技术

疏水缔合聚合物是指在亲水性聚合物大分子链上引入少量疏水基团(通常﹤2mol％)的水溶性聚合物，因此也称为水溶性疏水缔合聚合物。由于疏水基之间的相互作用，HAP在溶液中表现出与常规聚合物所不同的独特性能。在水溶液中，由于疏水作用疏水基团互相聚集，使聚合物大分子链产生分子内和分子间缔合。当聚合物浓度高于临界缔合浓度(critical association concentration，CAC)后，聚合物大分子链通过疏水缔合作用聚集，形成以分子间缔合为主的动态物理交联三维网络结构，流体力学体积增加，因此溶液具有高效的增黏性、优异的抗盐性以及较好的耐温、抗剪切性，在油田提高采收率及水力压裂方面展现出良好的应用前景。

疏水单体的结构和种类，都会极大地影响疏水缔合聚合物的性能。目前已见报道的疏水单体有(甲基)丙烯酸酯型、苯乙烯型、(甲基)丙烯酰胺型和烯丙基型等。丙烯酸酯型疏水单体(黄雪红等，水溶性疏水缔合型聚(丙烯酰胺-丙烯酸十六酯)溶液性质的研究.功能高分子学报,2002,14(1):90-94)，对温度和pH极其敏感，容易导致聚合物失去缔合效果而降低聚合物溶液的黏度。苯乙烯型疏水单体(钟传蓉等，AM-STD-NaAMPS三元疏水缔合共聚物的表征及耐热性能.高分子材料科学与工程,2003,19(6):126-130)，虽然具有刚性的苯环，可以有效改善聚合物的耐温性和抗水解性，但苯环过于靠近分子主链，这样既不利于疏水单体与丙烯酰胺的共聚，也不利于提高聚合物溶液增黏效果。烯丙基型疏水单体(罗珊等，一种咪唑啉结构疏水缔合聚合物合成与溶液性质.化学研究与应用,2015,27(8):1151-1156)，由于含有烯丙基，不易实现与主单体丙烯酰胺的共聚，制备出的疏水缔合聚合物分子量不高，且增黏效果不明显。丙烯酰胺型疏水单体(耿同谋.疏水缔合水溶性聚合物P(AM/NaAA/DiAC₁₆)水溶液的黏度行为.精细化工,2007,24(9):914-918)，其结构与丙烯酰胺类似，有利于聚合反应的进行，但存在着一定的耐水解性差的缺点。

目前，疏水缔合聚合物主要为直链结构，主要存在的缺点是：在高速剪切作用下，分子链结构不稳定，容易发生断裂或交缠，黏度急剧下降。因此，如何进一步提高疏水缔合聚合物的抗剪切性能，以满足日益恶劣的油藏条件，是一个极具挑战的研究内容，也是油田开发过程中亟待解决的问题。超支化聚合物具有超支化的三维结构、大量的端基、高溶解性、高化学反应活性，可以显著提高聚合物的抗剪切性能。β-环糊精作为一种天然可再生原料，来源广、无污染，其本身具有较好的耐温抗剪切性能。其具有内腔疏水外壁亲水的特点，可以包结络合疏水基团，实现与疏水单体的水溶液共聚。因此，基于β-环糊精改性的超支化疏水缔合聚合物不仅具有一定的耐温抗盐性能，还具有良好的抗剪切性能，显示出特殊的结构和优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以β-CD为核的超分子星形聚合物，该聚合物同时具有缔合聚合物和超支化聚合物的优点，具有优异的增黏性、耐温、耐盐抗盐、耐水解等性能，在油田提高采收率及水力压裂方面展现出良好的应用前景。

本发明的另一目的还在于提供上述以β-CD为核的超分子星形聚合物的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，原材料价廉易得，合成条件易于控制，产率较高，有利于环境保护，具有广阔的工业化前景。