[发明专利]一种甜菜碱型抗盐聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增粘剂、日用化学品和用作三次采油驱油剂的甜菜碱型抗盐聚合物及其制备方法。

背景技术

甜菜碱(betaine)是广泛存在于动植物组织中的一种水溶性生物碱，是有效的渗透溶解剂，具有重要的物质代谢作用，已广泛应用于医药、日化等领域。

甜菜碱分子中同时带有阳离子基团(如季铵基)和阴离子基团(如羧基、磺酸基)，分子整体呈电中性。在酸性溶液中呈现阳离子化合物的特征，在碱性溶液中又呈现阴离子化合物的特征，无浊点，不易受无机电解质的影响，无论吸附到正电荷还是负电荷的界面上都不会形成疏水表面，从而具有很多优良的性能。如低毒、耐盐、良好的协同增效作用、抗静电、易于生物降解、良好的溶液性能等。

当甜菜碱分子中带有特定不饱和键时，可以作为单体聚合生成聚甜菜碱(polybetaine)。根据聚合物离解后链上所带的离子电荷的种类，可将聚合物分为聚电解质、两性聚电解质和聚甜菜碱。由于同一个结构单元上同时具有正负电荷，聚甜菜碱存在着近程吸引与远程排斥，有利于形成交联的网络结构，其水溶液的黏度随外加低分子量电解质(如NaCl)浓度的增加而增加，表现出明显的反聚电解质行为，从而使聚合物具有良好的抗盐性能。

目前与国际水平相比，我国对甜菜碱尤其是聚甜菜碱(polybetaine)类聚合物方面的研究相对较少，开发的产品种类有限，远不能满足市场需求，因此增加产品的种类十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甜菜碱型抗盐聚合物，该聚合物有明显增粘性和反电解质效应，其粘度随着盐浓度的增加而递增，具有良好的抗盐性能，有望用于油田抗盐工作液、日化产品、染料、医药、新型材料等方面。

本发明的另一目的还在于提供该甜菜碱型抗盐聚合物的制备方法，该方法原理可靠，反应条件温和，操作简便，具有广阔的市场前景。

为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明涉及的甜菜碱型抗盐聚合物，为丙烯酰胺丙基甜菜碱/丙烯酰胺/N-烷基丙烯酰胺三元聚合物或丙烯酰胺丙基甜菜碱/丙烯酰胺二元聚合物，其结构式如下：

其中，n＝7～17，x＝50～97.5％，y＝2.5～50％。

单体丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺均为市售。

功能单体丙烯酰胺丙基甜菜碱需要合成，其合成方法为：苯甲酰氯与丙烯酸按摩尔比1∶0.8，在80℃搅拌回流反应3h，减压蒸馏得丙烯酰氯；N，N-二甲基-1，3-丙二胺与氯乙酸钠，在3℃按等摩尔加入水溶液中，混合均匀后在室温下搅拌反应24h得中间产物丙二胺季铵盐；将丙二胺季铵盐溶于饱和碳酸钠水溶液，丙烯酰氯与丙二胺季铵盐按摩尔比1.1∶1，在3℃向溶液中缓慢滴加丙烯酰氯，搅拌反应2h，再用足量无水乙醇萃取分液，取出下层，65℃烘干得淡黄色固体，为功能单体丙烯酰胺丙基甜菜碱。

该聚合物的制备方法如下：将单体丙烯酰胺丙基甜菜碱、丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺溶于水中，总的单体含量为25质量％左右，各种单体的摩尔比为丙烯酰胺丙基甜菜碱∶丙烯酰胺∶N-烷基丙烯酰胺＝1∶1～40∶0～0.2；氮气保护、15～25℃下加入氧化还原引发体系发生聚合反应，6小时后得胶状聚合物。聚合物剪碎后置于90℃烘箱烘干，得甜菜碱型聚合物，为略带金黄色泽的固体颗粒。

所述氧化还原引发体系，氧化剂是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或双氧水；还原剂是亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸氢钠或亚硫酸氢铵。

本发明产物的相对分子质量在500～1200万之间(相对分子质量按公式[η]＝3.73×10^-4M0.66计算，其中特性粘数[η]按GB12005.1-89测定)，游离单体的含量小于0.1％。

该聚合物的反应历程为：

(1)制备丙烯酰氯

(2)制备丙二胺季铵盐

(3)制备丙烯酰胺丙基甜菜碱

(4)制备甜菜碱型抗盐聚合物

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明聚合物属于甜菜碱类聚合物，是一种结构新型的两性聚合物；

(2)本发明聚合物的制备方法简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化生产；

(3)本发明聚合物表现出反电解质效应，具有良好的抗盐尤其是抗钙镁等二价离子性能，有望应用于油田抗盐处理液、温和型日化护理产品、染料、医药、新型材料等方面。

附图说明