抗高温处理剂的合成设计

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合成设计是处理剂研制的关键环节，在分子结构确定后如何保证产物合成的顺利实施和产物的良好性能，需要通过合成设计来实现。结合分子设计，抗高温聚合物的合成可以从两方面进行：一是通过烯类单体共聚合成新产物，二是在原有处理剂基础上进行分子修饰达到最终目标。对于超高温处理剂而言，结合实际需要，可以采用自由基聚合反应合成抗高温抗盐的增黏剂、降滤失剂、解絮凝剂和分散剂，采用分子修饰的方法合成高温高压降滤失剂。合成设计路线如图5.2。

图5.2 聚合物合成设计路线

合成设计是处理剂研制的关键环节，在分子结构确定后如何保证产物合成的顺利实施和产物的良好性能，需要通过合成设计来实现。结合分子设计，抗高温聚合物的合成可以从两方面进行：一是通过烯类单体共聚合成新产物，二是在原有处理剂基础上进行分子修饰达到最终目标。

对于超高温处理剂而言，结合实际需要，可以采用自由基聚合反应合成抗高温抗盐的增黏剂、降滤失剂、解絮凝剂和分散剂，采用分子修饰的方法合成高温高压降滤失剂。目前已经开发的阴离子性单体主要有2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸（AMOPS）、丙烯酰氧丁基磺酸（AOBS）、2-丙烯酰氧-2-乙烯基甲基丙磺酸钠（AOEMS）、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸（AMC12S）、2-丙烯酰胺基十四烷磺酸（AMC14S）和2-丙烯酰胺基十六烷磺酸（AMC16S）等。这些单体均可为聚合物提供磺酸基，且水解稳定性好，是抗高温处理剂水化基团的重要单体，但这些单体中AMC12S、AMC14S和AMC16S作为表面活性单体，具有很强的疏水性，为了保证聚合物的水溶性，仅能少量引入，合成中作为辅助单体，用于提高产物的疏水性。AMPS、AMOPS和AOBS具有聚合活性高，易得到较高相对分子质量的产物，故在合成中选择它们作为合成的原料。AOEMS含两个双键，由于两个双键的反应活性不同，与其他单体共聚可以得到具有梳型结构的产物，有利于提高产物的高温稳定性。可提供非离子性基团的单体N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）、N，N-二乙基丙烯酰胺（DEAM）、N-异丁基丙烯酰胺（IBAM）、N-乙烯基甲基乙酰胺（VMAM）、N-乙烯基乙酰胺（NVAM）和N-乙烯吡咯烷酮（NVP）等在高温下均具有很好的耐水解能力，可以提供高温下稳定的吸附基团，其中VMAM和NVAM高温下耐水解能力优于DMAM和DEAM，但由于其合成工艺复杂，价格较高，以其为原料合成聚合物经济效益差，结合实际情况，并考虑到合成产物的价格，选用DMAM作为主要原料。IBAM具有疏水性，合成具有疏水性聚合物时可以选择。NVP作为一种可提供水化基团的非离子单体，高温下水解稳定性好，且可以抑制分子链上酰胺基的水解，在处理剂使用温度要求更高的情况下可以适当引入该单体。可以提供强吸附基团的阳离子单体甲基丙烯酸二甲胺基乙酯（DMMA）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺（MTCMA）和丙烯酸二甲胺基乙酯（DMA），聚合活性高，可以得到高相对分子质量产物，且水解稳定性较好，在合成中可以根据需要选择其中的一个或多个单体，阳离子单体的引入可以提高产物的抑制能力，但也易导致产物降滤失能力下降。

5.4.1 合成方法的确定

针对单体的特点，可以采用水溶液聚合、乳液聚合、沉淀聚合或悬浮聚合等方法合成聚合物，在这些方法中，沉淀聚合和悬浮聚合要采用有机溶剂，生产中后处理困难，且存在安全隐患，根据处理剂所用的环境，采用水溶液聚合和乳液聚合较好，当采用乳液聚合时2-丙烯酰胺基十二烷磺酸等单体既是原料，又是乳化剂，可以制备乳液产品，但如果希望得到粉状产品时，则选择水溶液聚合。

5.4.2 修饰产物的合成

（1）原料选择

以酚醛树脂磺酸盐为例，酚醛树脂磺酸盐的特殊结构决定了其具有较好的抗温抗盐能力，是良好的高温高压降滤失剂，但当使用温度超过200℃、含盐量较高、密度较大时，通过分子修饰来可进一步提高其抗温抗盐能力。按照所设计的分子结构，通过分子拆开、回归进行分子修饰，可用于化学修饰的原料有丙酮、乙醛、丙醛、对胺基苯磺酸、对羟基苯磺酸、对异丙基苯甲醛和对胺基水杨酸等。丙酮、乙醛和丙醛通过羟烷基化，可以提高分子链的刚性。对胺基苯磺酸和对羟基苯磺酸能提供吸附基和磺酸基，增加基团密度。对异丙基苯甲醛可通过羟烷基化反应产生刚性基团来提高疏水性。对胺基水杨酸可以同时提供吸附基和水化基。结合反应活性和原料来源，选择丙酮、乙醛和对胺基苯磺酸作为主要修饰材料。合成的基本原料为亚硫酸钠、甲醛和苯酚。

（2）反应原理

有机化学中的可以增大分子量的反应均可以用来修饰改性聚合物，主要包括取代反应、消去反应、加成反应、开环反应、缩合反应、加聚反应等。以所需分子结构为指导思想，设计一系列的反应及其合成工艺条件。

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