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摘 要

本文采用化学基团拼接的方法，通过接枝聚合以及羧乙基化处理，分别与丙烯酰胺、氯丙酸反应，将特定的酰胺基团、羧乙基引入到韦兰胶结构中，以期改善韦兰胶的性质。研究了韦兰胶的浓度、氯丙酸及NaOH比例和温度在反应中对产物的影响。新合成化合物通过IR进行了结构确认和表征。并对改性后的化合物进行定性分析，得出如下结论，在丙烯酰胺的接枝共聚反应中产物韦兰胶的粘度并无明显增加，韦兰胶的羧乙基化使韦兰胶的水溶性增大，并找到最佳合成条件n(韦兰胶)：n(3-氯丙酸)：n(氢氧化钠)=1:4:3。

关键词： 韦兰胶 接枝共聚 基团 合成 改性

Research on modification of water-based fracturing fluid gelatinizer Welan gum

Abstract:

In this paper, a method of splicing chemical groups, and by graft polymerization, and carboxyethyl treatment,welan gum,respectively,reacted with acrylamide and acid chloride,the particular amide group and a carboxyl group are introduced into the structure of welan gum,in order to improve the property of welan gum.Researched the welan gum’s density ,the proportion of Na-OH and the temperature impact to the product in the reaction.The new compounds synthesized by IR of new compounds and characterization of the structural confirmation.And qualitative analysis of the modified compounds, reach the following conclusions.In the graft copolymerization of acrylamide, the viscosity of the product of welan gum is no significant increase.The carboxylase group of welan gum made the water-soluble of the gum increased,and find the optimal conditions n(welan gum):n(3-chloro-propionic acid):n(NaOH)=1:4:3.

Keywords: Welan gum ; Copolymerization ; Groups; Synthesis; Modified

目录

摘要 I

Abstract: II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2韦兰胶的理化性质及应用 1

1.2.1韦兰胶的分子结构 1

1.2.2韦兰胶的特性 2

1.2.3韦兰胶的应用 3

1.3 研究内容及意义 3

第二章 实验主要试剂材料与仪器 5

2.1主要试剂材料 5

2.2主要仪器 5

第三章 试验方法及实验内容 6

3.1韦兰胶与丙烯酰胺的接枝共聚 6

3.1.1韦兰胶与丙烯酰胺的接枝共聚的加料顺序 6

3.1.2产物与原料的红外图对比与分析 6

3.1.3 结果与讨论 7

3.1.4 韦兰胶与丙烯酰胺的接枝共聚中韦兰胶的浓度对产物的影响 7

3.2韦兰胶的羧乙基化反应 8

3.2.1 羧乙基威兰胶的制备 9

3.2.2 定性分析 9

3.2.3 氯丙酸的比例对羧乙基化反应的影响 10

3.2.4 NaOH摩尔比对于羧乙基化反应的影响 12

3.2.5 反应温度对羧乙基化反应的影响 14

3.2.6 结论 15

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致谢 18

第一章 文献综述

1.1前言

韦兰胶是美国Kelco公司80年代继黄原胶、结冷胶之后开发的最有市场前景的微生物多糖之一。目前只有Kelco公司掌握其生产核心技术，并实现产业化，除此之外，无第二家企业有此技术。^【1】由于存在着巨大的商业利润，美国垄断着其生产技术，对一些关键技术势必严加保密，有关生产的论文与专利的报道都几乎没有，但有关应用的专利不下数百篇，以限制应用方法。^[2-3]韦兰胶的研究在国内仍是一项空白，我国在三峡建设中一些自密实水泥和一些要求高的混凝土中使用了韦兰胶，但产品全部依赖进口。目前我国驱油剂行业面临同样窘境，瓜尔胶产品不可或缺，却完全依赖进口，价格波动大、且原料来源不稳定，严重韦胁国家能源安全。

因此，开发具有我国自主知识产权，成本低廉，适合工业化生产韦兰胶及改性韦兰胶产品，具有十分重要的意义。开展韦兰胶产生菌筛选、发酵工艺优化、化学结构修饰，深入探讨韦兰胶发酵机理，优化韦兰胶生产工艺及分离工艺，研究其结构改性后驱油性能的变化是韦兰胶及其改性物生产研究中迫切需要进行的工作。

1.2韦兰胶的理化性质及应用

1.2.1韦兰胶的分子结构

韦兰胶（welan gum）是由某些产碱杆菌Alcaligenes sp.合成的微生物杂多糖，分子量高达数百万。它的结构骨架D-葡萄糖、L-葡萄醛酸、D-葡萄糖和L-鼠李糖重复单元构成，侧链由单一的L-甘露糖或L-鼠李糖构成，连接鼠李糖的几率占2/3，此外约有半数的四糖片段上带有乙酰基及甘油基团，乙酰基团位于L-鼠李糖的2位上，X射线衍射研究表明，脱乙酰作用不会影响韦兰胶的三维结构。^[4,5,6]Clarke将韦兰胶样品盒单糖标准物通过阴离子交换柱（高效液相色谱）进行分离和定量，测得韦兰胶的化学组成为2.8—7.5%的乙酰基，11.6—14.9%葡萄糖醛酸，中兴唐甘露糖，葡萄糖和鼠李糖的摩尔比大致为1：2：2。鼠李糖末端连接的和1,4连接的比例为1:2，葡萄糖及本身为1:3连接。^[7,8,9]

图1-1 韦兰胶的结构

1.2.2韦兰胶的特性

一、独特的流变性、假塑性

韦兰胶水溶液具有假塑性流体特征，韦兰胶在每秒0.1—1000的剪切率时表现出剪切稀化，但它对剪切造成的断裂具有相当的抗性，能在几分钟内恢复几乎所有的内部结构。

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