羅云翔，林 凌，余文可，李 鑫，古 晗，劉洪吉

（1.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都 610500）

鉆井液由各種處理劑組成，具有攜帶巖屑、冷卻鉆頭、保護(hù)井壁、平衡地層壓力等功能。隨著鉆井朝著深井、超深井方向發(fā)展，井底高溫等復(fù)雜條件使得處理劑尤其是聚合物類處理劑的性能失穩(wěn)甚至失效。

在各類聚合物處理劑中，丙烯酰胺類聚合物具有水溶性良好、分子結(jié)構(gòu)易調(diào)控、生產(chǎn)成本較低等特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。高溫下，丙烯酰胺類聚合物在水溶液中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，可能發(fā)生高溫交聯(lián)、高溫?cái)噫?、官能團(tuán)破壞等。為提高其抗溫抗鹽能力，李真?zhèn)サ龋?］向聚丙烯酰胺分子鏈側(cè)基中引入磺酸基團(tuán)、剛性基團(tuán)，以提高丙烯酰胺類聚合物的抗溫抗鹽能力。白秋月等［2］采用了類似手段，制備了一種抗溫抗鹽丙烯酰胺聚合物降濾失劑。董振華等［3］使用含磺酸基團(tuán)、剛性基團(tuán)和陽(yáng)離子基團(tuán)的功能單體制備了一種抗溫抗鹽丙烯酰胺聚合物增黏劑。在制備聚合物處理劑的過(guò)程中，研究人員逐漸形成了“提高鏈剛性、引入抗溫基團(tuán)”等設(shè)計(jì)思路，并用于指導(dǎo)抗溫抗鹽丙烯酰胺聚合物處理劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和室內(nèi)制備［4-6］。但是，研究人員對(duì)丙烯酰胺類聚合物處理劑在水溶液中高溫降解機(jī)理的研究較為缺乏，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)條件與處理劑工作條件不匹配?？装貛X［7］在75 ℃條件下通過(guò)長(zhǎng)期老化實(shí)驗(yàn)研究了聚丙烯酰胺的水解機(jī)理，結(jié)果表明pH、溫度是使其降解的主要原因。但是此類研究的溫度較低，而鉆井液在井下所遇溫度高達(dá)200 ℃以上，因此75 ℃以下的水解實(shí)驗(yàn)無(wú)法有效反映聚合物在高溫水溶液中的降解情況。Ma 等［8］對(duì)丙烯酰胺類聚合物降解機(jī)理進(jìn)行了模擬計(jì)算，對(duì)其側(cè)基（酰胺基、羧基）降解機(jī)理有了較好的解釋，但無(wú)法解釋聚合物降解過(guò)程中主鏈斷鍵導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量降低的問(wèn)題。Fu 等［9］使用TG-IR、TG-MS 等測(cè)試技術(shù)研究了一種丙烯酰胺類聚合物在氮?dú)夥諊碌慕到膺^(guò)程，結(jié)果表明，其在超過(guò)315 ℃條件下會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、甲腈、乙腈、烯烴、炔烴、酮類小分子氣體產(chǎn)物。但是，聚合物處理劑在氮?dú)夥諊碌慕到膺^(guò)程與在水溶液中高溫降解機(jī)理不同。

為闡明丙烯酰胺類聚合物處理劑在水溶液中的高溫降解機(jī)理，需要根據(jù)鉆井液的工作條件來(lái)設(shè)計(jì)聚合物處理劑高溫降解實(shí)驗(yàn)，即盡可能還原處理劑在水溶液環(huán)境下的高溫降解。此外，需通過(guò)調(diào)研找出有代表性的丙烯酰胺類聚合物分子結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)常用的丙烯酰胺類聚合物處理劑產(chǎn)品包括包被劑FA367、降濾失劑JT-888、降黏劑XY-27 等，均是以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）為主鏈骨架，以磺酸基單體為抗溫側(cè)鏈；國(guó)外高端抗超高溫降濾失劑產(chǎn)品Driscal D、Dristemp、Polydrill 等也是含磺酸基的烯丙基類共聚物。因此，本文采用AM、AA、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）3種單體制備兩種樣板聚合物P（AA/AMPS）和P（AM/AA/AMPS），進(jìn)行水溶液高溫降解實(shí)驗(yàn)，以模擬丙烯酰胺類聚合物處理劑在水溶液中的高溫（200、220、240 ℃）降解行為。通過(guò)紅外（FT-IR）、核氫譜磁（1H-NMR）、X射線光電子能譜（XPS）、熱重紅外聯(lián)用（TG-IR）、凝膠色譜法（GPC）分析降解前后聚合物的分子結(jié)構(gòu)，討論其高溫降解機(jī)理，對(duì)于后續(xù)開(kāi)發(fā)抗高溫丙烯酰胺類聚合物處理劑有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、氫氧化鈉（NaOH）、過(guò)硫酸鉀（K2S2O8）、亞硫酸氫鈉（NaHSO3），均為AR 級(jí)，成都科龍化工試劑廠。

WQF-520型傅里葉變換紅外光譜儀，北京瑞利公司；Bruker Ascend 400MHz NMR 核磁儀，瑞士Bruker 公司；ESCALAB Xi+型X 射線光電子能譜儀，美國(guó)ThermoFischer 公司；LC-20A 凝膠色譜儀（GPC）（LC20 高效液相色譜泵+RID-20示差折光檢測(cè)器），日本Shimadzu（島津）公司；TGA/DSC 3+型同步熱分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）聚合物的合成

以AA、AMPS 為反應(yīng)單體，進(jìn)行自由基共聚反應(yīng)［10］得到產(chǎn)物P（AA/AMPS）；以AM、AA、AMPS為反應(yīng)單體，進(jìn)行反相乳液聚合反應(yīng)［11］，得到微球狀聚合物P（AM/AA/AMPS）。

（2）水溶液高溫降解實(shí)驗(yàn)

將聚合物配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的P（AA/AMPS）、P（AM/AA/AMPS）溶液，然后將溶液放入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼陳化釜內(nèi)，在固定溫度（200、220、240 ℃）條件下加熱5 h。對(duì)降解后溶液進(jìn)行冷凍干燥，并稱重，分析降解后聚合物的質(zhì)量損失。

（3）表征與測(cè)試

對(duì)P（AA/AMPS）、P（AM/AA/AMPS）及其降解產(chǎn)物進(jìn)行紅外、核磁氫譜測(cè)試，表征其結(jié)構(gòu)。采用KBr 壓片法制樣，對(duì)聚合物樣品進(jìn)行傅立葉變換紅外光譜掃描，掃描波數(shù)范圍在500～4000 cm-1，以特征峰表征其分子結(jié)構(gòu)。使用重水作為溶劑，對(duì)聚合物進(jìn)行核磁氫譜掃描。

對(duì)P（AA/AMPS）、P（AM/AA/AMPS）及其降解產(chǎn)物進(jìn)行X 射線光電子能譜（XPS）測(cè)試，分析其所含有元素以及元素含量。真空度為8×l0-10Pa，激發(fā)源采用Al Kα射線（hv=1486.6 eV）。

對(duì)P（AA/AMPS）、P（AM/AA/AMPS）以及其降解產(chǎn)物進(jìn)行GPC測(cè)試，對(duì)比降解前后的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的變化情況，樣品濃度約20 g/L。

對(duì)聚合物進(jìn)行熱重-紅外聯(lián)用（TG-IR）測(cè)試，分析聚合物在氮?dú)夥諊碌哪蜏匦阅?，得到不同溫度下分解氣體的紅外光譜，并分析聚合物的降解產(chǎn)物分子所含有的官能團(tuán)。測(cè)試溫度范圍為35～800 ℃；升溫速率為10 ℃/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 P（AA/AMPS）在水溶液中的高溫降解分析

2.1.1 FTIR分析

圖1 為P（AA/AMPS）降解前以及在200、220、240 ℃降解后樣品的紅外光譜圖。其中，3455 cm-1處對(duì)應(yīng)AMPS單體單元仲酰胺上N—H的伸縮振動(dòng)吸收峰；2980、2930 cm-1處對(duì)應(yīng)—CH2—的伸縮振動(dòng)吸收峰；1646 cm-1處對(duì)應(yīng)—C=O 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1547 cm-1處對(duì)應(yīng)—NH（仲酰胺基）的彎曲振動(dòng)吸收峰；1448 cm-1處對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基振動(dòng)吸收峰；1310 cm-1對(duì)應(yīng)酰胺C—N 伸縮振動(dòng)峰；1189、1045 cm-1處對(duì)應(yīng)磺酸基振動(dòng)吸收峰。P（AA/AMPS）降解前和降解后紅外光譜圖差異很小，在200、220、240 ℃降解后均保留有特征官能團(tuán)，說(shuō)明降解過(guò)程中可能未出現(xiàn)新的官能團(tuán)。

圖1 P（AA/AMPS）降解前后的紅外光譜圖

2.1.21H-NMR分析

P（AA/AMPS）降解前以及在200、220、240 ℃降解后樣品的核磁共振氫譜（1H-NMR）見(jiàn)圖2 和圖3。化學(xué)位移δ7.66 對(duì)應(yīng)仲酰胺上的氫，δ3.42對(duì)應(yīng)側(cè)鏈亞甲基的氫，δ2.11對(duì)應(yīng)主鏈次甲基上的氫，δ1.55對(duì)應(yīng)主鏈上亞甲基的氫。通過(guò)積分面積對(duì)比，降解前，P（AA/AMPS）側(cè)鏈亞甲基上的氫、主鏈次甲基氫、主鏈亞甲基氫原子數(shù)目比為3∶4∶7，200 ℃降解后，該氫原子數(shù)目比變?yōu)?∶2∶9，由此看出降解后P（AA/AMPS）主鏈次甲基氫占比有所下降，推測(cè)降解斷鏈主要發(fā)生在次甲基處，而側(cè)鏈上仲酰胺的含量明顯下降，證明其側(cè)鏈斷鍵主要發(fā)生在側(cè)鏈與主鏈交接處?？v向?qū)Ρ瓤芍?，隨著降解溫度的升高，降解后的聚合物出現(xiàn)了新的峰，推測(cè)為聚合物主鏈斷裂、側(cè)鏈斷鍵生成的新物質(zhì)。200 ℃降解后的δ3.42、δ2.11、δ1.55 的主要峰仍然存在；220 ℃降解后δ3.42、δ2.11、δ1.55 的主要峰上出現(xiàn)雜峰，證明此時(shí)聚合物降解已經(jīng)比較嚴(yán)重；240 ℃降解后δ3.42、δ2.11、δ1.55 的主要峰已經(jīng)不再明顯，代替為許多小峰，δ6.10 對(duì)應(yīng)碳碳雙鍵上的氫，意味著240 ℃降解后產(chǎn)物含有碳碳雙鍵。從1H-NMR 分析可推斷P（AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力不超過(guò)220 ℃。

圖2 P（AA/AMPS）核磁氫譜圖

圖3 P（AA/AMPS）降解前后核磁共振氫譜圖

2.1.3 XPS分析

對(duì)P（AA/AMPS）降解前 以及在200、220、240 ℃降解后樣品進(jìn)行XPS 測(cè)試，并對(duì)其元素含量進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。S、N 元素含量比基本維持在1∶1，與AMPS單體上S、N元素含量比一致，也側(cè)面證明S、N 元素來(lái)源于AMPS 單元。整體上隨降解溫度的升高，C 元素含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，這與S、N元素含量變化相反。這表明聚合物在降解過(guò)程中，最初聚合物從側(cè)鏈羧基脫羧、主鏈從次甲基處斷裂發(fā)生降解，含有磺酸基的側(cè)鏈降解較慢［12］，含量上升。降解溫度達(dá)到220 ℃后含有抗溫基團(tuán)的側(cè)鏈也開(kāi)始降解，240 ℃以后由于聚合物的碳化，導(dǎo)致碳元素含量上升。隨降解溫度的升高，O元素含量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，推測(cè)降解過(guò)程中聚合物不斷被氧化，導(dǎo)致氧元素含量上升。

表1 P（AA/AMPS）降解前后元素含量（%）

2.1.4 GPC分析

P（AA/AMPS）降解前和不同溫度（200、220、240 ℃）下降解后的產(chǎn)物的數(shù)均（）相對(duì)分子質(zhì)量見(jiàn)表2。

表2 P（AA/AMPS）降解前后的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

由表2可知，當(dāng)溫度為200 ℃時(shí)，降解后產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量較大（12039）的占66%，表明該溫度下降解后的產(chǎn)物仍有聚合物特性。而溫度升至220 ℃時(shí)，聚合物大部分?jǐn)嗔褳樾》肿游镔|(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量大多集中在200、50左右，失去了聚合物特性。聚合物的降解產(chǎn)物仍然含有磺酸基、甲基、亞甲基等基團(tuán)（紅外數(shù)據(jù)可知），推測(cè)降解后的聚合物因含有抗溫基團(tuán)且碳鏈短而比較穩(wěn)定［13］。

2.1.5 TG-IR分析

將2 g 的聚合物P（AA/AMPS）溶解在200 mL水中，分別在200、220、240 ℃下降解5 h，質(zhì)量損失分別為0.6、0.8、1 g。聚合物水溶液高溫降解時(shí)產(chǎn)生了大量氣體，氣體主要成分為二氧化碳、氨氣等［14-15］。

圖4 為P（AA/AMPS）的TG-DTG 曲線圖，圖5為P（AA/AMPS）的TG-IR譜圖。在25～330 ℃范圍質(zhì)量緩慢下降，質(zhì)量損失約為13%，由于P（AA/AMPS）結(jié)構(gòu)中含有仲酰胺基、羧基、磺酸基，可能含有一部分水，此部分質(zhì)量損失可能來(lái)自于聚合物中的水，對(duì)應(yīng)紅外光譜顯示不僅含有水峰，還含有少量二氧化碳峰，此處可能出現(xiàn)脫羧。330～343 ℃范圍質(zhì)量下降25%，結(jié)合紅外光譜分析，333～343 ℃階段氣體中3083 cm-1處為烯烴氫對(duì)應(yīng)的伸縮振動(dòng)峰，2942 cm-1處對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基吸收峰，1770 cm-1處對(duì)應(yīng)游離羧基—C=O吸收峰，1650 cm-1處對(duì)應(yīng)烯烴C=C吸收峰，1373、1450 cm-1對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰。該溫度范圍降解情況可能為側(cè)鏈大量斷裂，產(chǎn)生小分子氣體。343～422 ℃范圍質(zhì)量下降20%，推測(cè)為羧基脫羧以及側(cè)鏈斷裂引起的質(zhì)量損失，2350、667 cm-1對(duì)應(yīng)二氧化碳峰。422～721 ℃范圍質(zhì)量下降7%，推測(cè)為主鏈斷裂，聚合物碳化，其對(duì)應(yīng)紅外光譜含有二氧化碳、一氧化碳等氣體吸收峰［16］。

圖4 P（AA/AMPS）的TG-DTG圖

圖5 P（AA/AMPS）的TG-IR譜圖

綜上，P（AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力低于220 ℃，在200 ℃下降解后仍然還保有12039 的相對(duì)分子質(zhì)量，而在220 ℃降解后相對(duì)分子質(zhì)量小于211 的占46%，此時(shí)已經(jīng)無(wú)法發(fā)揮聚合物處理劑的功能。P（AA/AMPS）在水溶液中的降解，溫度小于220 ℃時(shí)聚合物側(cè)基脫羧，主鏈次甲基斷鍵成為小分子物質(zhì)。隨著溫度升高（＞220℃），相對(duì)分子質(zhì)量下降嚴(yán)重，繼續(xù)升高溫度（＞240 ℃），聚合物小分子碳化。以往研究中，聚合物的TG-DTG 曲線常用于說(shuō)明聚合物的抗溫能力［17］，但實(shí)驗(yàn)證明聚合物在氮?dú)夥諊械慕到饴窂脚c水環(huán)境中不同，僅憑TG-DTG測(cè)試結(jié)果無(wú)法有效說(shuō)明聚合物作為油田化學(xué)處理劑的抗溫性能。

2.2 P（AM/AA/AMPS）在水溶液中的高溫降解分析

2.2.1 FTIR分析

圖6 為P（AM/AA/AMPS）降解前以及在200、220、240 ℃降解后樣品的紅外光譜圖。其中，3447 cm-1處對(duì)應(yīng)酰胺上N—H 的伸縮振動(dòng)吸收峰；3082 cm-1處對(duì)應(yīng)仲酰胺倍頻峰；2980、2930、2860 cm-1對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基的伸縮振動(dòng)吸收峰；1660 cm-1處對(duì)應(yīng)—C=O振動(dòng)吸收峰，1543 cm-1處對(duì)應(yīng)—NH（仲酰胺基）彎曲振動(dòng)吸收峰；1452 cm-1對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基的剪式振動(dòng)吸收峰；1410 cm-1對(duì)應(yīng)甲基對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰；1310 cm-1處對(duì)應(yīng)酰胺C—N 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1169、1045 cm-1處對(duì)應(yīng)磺酸基的吸收峰。P（AM/AA/AMPS）在200、220、240 ℃下降解后均保留有特征官能團(tuán)，說(shuō)明降解過(guò)程中可能未出現(xiàn)新的官能團(tuán)。

圖6 P（AM/AA/AMPS）降解前后的紅外光譜圖

2.2.21H-NMR分析

圖7、圖8為P（AM/AA/AMPS）降解前與其在不同溫度下降解后的1H-NMR譜圖。其中，化學(xué)位移δ 7.63對(duì)應(yīng)為仲酰胺上的氫，δ3.36對(duì)應(yīng)側(cè)鏈亞甲基的氫，δ2.05對(duì)應(yīng)主鏈次甲基的氫，δ1.47對(duì)應(yīng)主鏈亞甲基的氫。降解前，P（AM/AA/AMPS）側(cè)鏈亞甲基的氫、主鏈次甲基的氫、主鏈亞甲基的氫原子數(shù)目比為4∶7∶7，200 ℃下降解后氫原子數(shù)目比為3∶1∶12，次甲基的氫原子數(shù)目大幅度下降，表明P（AM/AA/AMPS）斷鍵主要發(fā)生在次甲基上。降解后的P（AM/AA/AMPS）的1H-NMR譜圖中出現(xiàn)了新的峰，推測(cè)為聚合物鏈斷裂、側(cè)鏈斷鍵生成的新物質(zhì)。200 ℃降解后δ3.42、δ2.11、δ1.55 的主要峰上出現(xiàn)新的峰，δ6.17 出現(xiàn)的峰是碳碳雙鍵上的氫，說(shuō)明降解后產(chǎn)物分子中含有碳碳雙鍵。220、240 ℃降解后則是出現(xiàn)了更多的雜峰，證明生成了更多新物質(zhì)，核磁氫譜數(shù)據(jù)表明P（AM/AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力低于200 ℃。

圖7 P（AM/AA/AMPS）核磁氫譜圖

2.2.3 XPS分析

對(duì)P（AM/AA/AMPS）降解前以及在200、220、240 ℃降解后樣品進(jìn)行XPS 測(cè)試，并對(duì)其元素含量進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 P（AM/AA/AMPS）降解前后元素含量（%）

P（AM/AA/AMPS）降解過(guò)程中，C 元素含量減小，S元素含量增大，證明降解過(guò)程中含有硫元素的抗溫基團(tuán)在高溫下穩(wěn)定。隨降解溫度的升高，S、N元素含量比增大，說(shuō)明酰胺基的抗溫能力較差，而磺酸基的抗溫能力較好。O元素含量隨著降解溫度的升高而增大，證明隨降解溫度的升高P（AM/AA/AMPS）被氧化程度增大。P（AM/AA/AMPS）在240 ℃降解后的O 元素含量高于P（AA/AMPS）的。此外，與P（AA/AMPS）相比，P（AM/AA/AMPS）的C元素含量未出現(xiàn)回升的情況，且在240 ℃降解后C含量不足40%，其原因可能是P（AM/AA/AMPS）的相對(duì)分子質(zhì)量較小，抗溫能力明顯低于P（AA/AMPS）的。

2.2.4 GPC分析

P（AM/AA/AMPS）降解前和不同溫度（200、220、240℃）下降解后的產(chǎn)物的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量（）見(jiàn)表4。由表4可知，P（AM/AA/AMPS）的相對(duì)分子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于P（AA/AMPS），在200 ℃降解后相對(duì)分子質(zhì)量迅速下降，因此可以解釋其在水環(huán)境中200 ℃即發(fā)生嚴(yán)重的降解行為，其在水環(huán)境中的抗溫性能比P（AA/AMPS）差，原因是酰胺基團(tuán)在高溫水溶液中的降解較快。

表4 P（AM/AA/AMPS）降解前后的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

2.2.5 TG-IR分析

將2 g 的P（AM/AA/AMPS）溶解在200 mL 水中，分別在200、220、240 ℃條件下降解5 h后的質(zhì)量損失分別為0.8、0.9、1.1 g。P（AM/AA/AMPS）在水中降解產(chǎn)生了大量二氧化碳、氨氣等。

圖9 為P（AA/AMPS）的TG-DTG 曲線圖，圖10為P（AA/AMPS）的TG-IR 譜圖。在25～339.8 ℃范圍質(zhì)量損失為15.3%，由于P（AM/AA/AMPS）結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、羧基、磺酸基，可能含有一部分水，此部分質(zhì)量損失可能來(lái)自于聚合物中的水和側(cè)鏈降解，紅外光譜顯示含有水、二氧化碳。339.8～359.8 ℃范圍質(zhì)量損失為27.6%，結(jié)合紅外光譜分析，346 ℃時(shí)曲線中3081 cm-1處為烯烴雙鍵的C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，2952 cm-1處對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基伸縮振動(dòng)吸收峰，1767 cm-1處對(duì)應(yīng)游離羧基的—C=O 吸收峰，1650 cm-1處為烯烴C=C 吸收峰，1373、1450 cm-1對(duì)應(yīng)甲基、亞甲基的吸收峰。P（AM/AA/AMPS）在339.8～359.8 ℃范圍降解可能為酰胺鍵大量斷裂，產(chǎn)生小分子氣體。359.8～426.2 ℃范圍質(zhì)量損失16.6%，推測(cè)為羧基脫羧以及側(cè)鏈斷裂引起的質(zhì)量損失，2350、667 cm-1對(duì)應(yīng)二氧化碳峰。溫度高于426.2 ℃后對(duì)應(yīng)紅外光譜二氧化碳、一氧化碳等氣體吸收峰［16］，推測(cè)為主鏈斷裂，聚合物碳化。

圖9 P（AM/AA/AMPS）的TG-DTG曲線

圖10 P（AM/AA/AMPS）的TG-IR譜圖

綜上，P（AM/AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力低于200 ℃，在200 ℃降解已經(jīng)失去作為聚合物處理劑的功能。在TG-DTG 曲線中P（AA/AMPS）出現(xiàn)第一個(gè)DTG 峰的溫度為334 ℃，而P（AM/AA/AMPS）出現(xiàn)第一個(gè)峰的溫度為364.4 ℃，若以此為標(biāo)準(zhǔn)［17］則說(shuō)明P（AM/AA/AMPS）的抗溫能力優(yōu)于P（AA/AMPS）的。但是GPC 與1H-NMR 分析結(jié)果表明P（AM/AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力比P（AA/AMPS）的差。由于聚合物在氮?dú)夥諊械慕到饴窂脚c在水環(huán)境中不同，TG-DTG 分析結(jié)果無(wú)法有效反映聚合物處理劑的抗溫性能。

3 結(jié)論

數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為131082 的P（AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力低于220 ℃；數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為8471 的P（AM/AA/AMPS）在水溶液中的抗溫能力低于200 ℃。

P（AA/AMPS）和P（AM/AA/AMPS）在水溶液降解機(jī)理：①不抗溫的側(cè)基（羧基、酰胺基）斷鍵、脫羧；②主鏈上的次甲基的斷鍵導(dǎo)致側(cè)鏈脫離、主鏈斷裂、生成碳碳雙鍵，相對(duì)分子質(zhì)量減?。虎劢到夂缶酆衔镔|(zhì)量下降，降解過(guò)程中生成二氧化碳、氨氣等小分子氣體；④聚合物降解后氧元素含量升高，溶解在水溶液中的氧氣參與了降解過(guò)程。

P（AA/AMPS）和P（AM/AA/AMPS）在熱重測(cè)試中抗溫能力與水溶液中的抗溫能力不同，評(píng)價(jià)丙烯酰胺類鉆井液處理劑抗溫能力時(shí)不能以TG-DTG作為標(biāo)準(zhǔn)。

要提高聚合物的抗溫能力則需要：①在一定范圍內(nèi)盡量增大聚合物相對(duì)分子質(zhì)量；②減少不耐溫側(cè)基含量，尤其是適當(dāng)降低AM比例；③提高抗溫側(cè)基（如磺酸基、苯環(huán)、吡咯烷酮等）含量；④提高聚合物的耐氧化性。