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二元接枝梳状聚合物的合成及降凝性能研究

作　者: 高聪聪
导　师: 张长桥
学　校: 山东大学
专　业: 化学工程
关键词: 马来酸酐-丙烯酸甲酯共聚物梳状聚合物降凝氢键分子动力学模拟
分类号: TE869
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现代化工业飞速发展,石油作为能源的一个重要组成部分,目前依然是制约各国工业进步的焦点。70年代左右共发生过两次石油危机,在全世界引起了极大的震动。危机之后,世界各国尤其像美国等大的石油消费国加进了石油的勘探和储备。我国作为工业发展的后起之秀,现在也在积极的拓展海外购油策略。目前国际比较通用的石油运输基本上是管道运输,但是由于石油的凝点较高,在运输过程中需要安装加热站和泵站,这无疑大大增加了石油运输的能耗。因此如何有效安全的降低石油凝点成为国际上共同研究的课题。本课题研究首先采用计算机模拟方法,模拟了一种二元聚合物MAMA(马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯)的接枝产物NMAMA(油胺和MAMA)在原油中聚集空间结构,由此得出NMAMA和原油中的石蜡会有一定的相互作用。接着对模拟的组分进行了势能和非键能的模拟,发现在模拟温度条件下,势能逐步提高并稳定,而非键能数值较小,并且基本没有变化。由此初步得出结论,聚合物模拟后出现肉眼可见的聚集效应；能量模拟过程中势能逐步提高并稳定,分子间结构变得稳固。该聚合物具备理论上降凝的可行性。之后根据分子模拟的结果,本实验合成了MAMA和SMA(苯乙烯和马来酸酐)二元聚合物,并分别与油胺和十八醇反应,制备生成四种不同结构的梳状聚合物NMAMA(油胺和MAMA)、OMAMA(十八醇和MAMA)和NSMA(油胺和SMA)、OSMA(十八醇和SMA)。采用红外光谱分析(IR)测定了各个聚合物的特征官能团,确保聚合反应和接枝反应的成功；利用凝胶色谱分析(GPC)测试了六种聚合物的平均分子量和分子量的分散度；利用差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TGA)得出聚合物不同的玻璃化转变温度以及聚合物热失重的速率曲线,讨论研究了聚合物的分子结构特性。随后通过凝点实验测定添加了不同浓度聚合物的原油的凝点,利用扫描电镜(SEM)拍摄加入聚合物之后原油表面形貌图片,利用上述结果进行了梳状聚合物降凝的机理研究。研究结果表明,官能团上侧链的长度和数目会影响聚合物添加剂的降凝能力；在添加剂分子结构中引入π键和氢键缔合作用可以改善添加剂的降凝效果；聚合物的分子量和添加浓度影响降凝效果。这些分析结果与分子模拟评价基本一致,四种接枝梳状聚合物具有潜在的工业降凝应用价值。

全文目录

目录  4-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章文献综述  10-22
  1.1 降凝及降凝剂概述  10-12
    1.1.1 原油蜡结晶与降凝技术  10-11
    1.1.2 原油降凝剂概述  11-12
  1.2 国内外石油降凝剂的研究现状  12-14
  1.3 原油降凝剂作用机理  14-16
  1.4 降凝剂效果的影响因素  16-19
  1.5 本课题研究背景及任务  19-22
第二章理论模型与分子设计实验部分  22-28
  2.1 分子模拟的理论基础  22-24
  2.2 降凝聚合物的分子动力学模拟过程  24-28
第三章实验部分  28-38
  3.1 实验药品及仪器  28-29
    3.1.1 主要药品  28-29
    3.1.2 主要仪器  29
  3.2 聚合方法的选择  29-31
    3.2.1 溶液聚合  29-30
    3.2.2 乳液聚合  30
    3.2.3 悬浮聚合  30-31
  3.3 降凝聚合物的合成  31-34
    3.3.1 部分药品的预处理  31-32
    3.3.2 聚合物合成过程  32-34
  3.4 聚合物的结构测试表征  34-36
    3.4.1 红外光谱分析  34-35
    3.4.2 凝胶色谱分析  35
    3.4.3 差示扫描量热分析和热失重分析  35
    3.4.4 扫描电镜分析  35-36
  3.5 聚合物的降凝性能分析  36-38
第四章聚合物的表征结果及讨论  38-56
  4.1 红外光谱分析  38-42
  4.2 凝胶色谱分析  42-43
  4.3 差示扫描量热分析和热失重分析  43-48
    4.3.1 差示扫描热分析  43-45
    4.3.2 热失重分析  45-48
  4.4 聚合物降凝性能和降凝机制研究  48-56
    4.4.1 扫描电镜分析  48-53
    4.4.2 降凝性能分析  53-56
第五章结论  56-58
  5.1 分子模拟  56
  5.2 聚合物表征测试  56
  5.3 本研究下一步计划  56-58
参考文献  58-66
致谢  66-67
附件  67

二元接枝梳状聚合物的合成及降凝性能研究

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