疏水改性聚丙烯酰胺的疏水締合作用強烈地影響其在溶液中的構(gòu)象和分子間的聚集狀態(tài)，從而使疏水改性聚丙烯酰胺表現(xiàn)出與聚丙烯酰胺顯著不同的性能。HMPAM的特殊流變性能使其在流變控制、增稠劑等方面有著廣泛的應(yīng)用。

      1.疏水締合型聚丙烯酰胺的溶解性

      PAM及其親水性改性衍生物能很好地溶解于水中，但疏水基團的引入使HMPAM在水中的溶解性顯著地依賴其結(jié)構(gòu)。隨疏水基團含量的增加和疏水基團碳數(shù)的增多，HMPAM在水中的溶解性降低。因此要保持HMPAM在水中溶解，在PAM中引入的疏水基團含量很有限。碳數(shù)大于8的烷基引入量與碳數(shù)及疏水基團在鏈上的序列分布有關(guān)，一般小于1%~3%（摩爾）。

      在水中的溶解性則依賴于疏水基團含量、疏水基團碳數(shù)和膠束共聚時參數(shù)NH。當(dāng)疏水烷基側(cè)鏈碳數(shù)較小時（如DPAM）,疏水改性聚丙烯酰胺可以溶于水中；但疏水基團碳數(shù)高（如DOAM）、疏水基團含量高或NH較大（即疏水基團嵌段較長)時，HMPAM 則難以溶于純水中。值得注意的是，上述溶解是單分子態(tài)的真溶解，還只是宏觀的溶解有待細致考察。

      因此，要制備較好溶解性和較強締合能力的HMPAM ,必須很好地選擇疏水基團的種類和用量，以及膠束共聚的條件。

      2.疏水締合聚丙烯酰胺水溶液的流變特性

      HMPAM 的分子鏈上含有親水的酰氨基、帶電基團和疏水基團，分子內(nèi)的靜電斥力及極性基團的水化作用導(dǎo)致排除體積大增，使分子鏈擴張伸展。而疏水基團與水的排斥作用導(dǎo)致疏水基團間的締合，分子內(nèi)的締合使分子鏈卷曲，與分子內(nèi)的排除體積作用相抗衡，分子間的締合則會降低體系的混合熵。分子內(nèi)締合與分子間締合的相對程度依賴于聚合物濃度。當(dāng)聚合物濃度較低時，締合傾向于分子內(nèi)；當(dāng)聚合物濃度較高時，締合傾向于分子間。分子間締合會使聚合物的流體力學(xué)體積顯著增大，直至形成具有一定強度的三維物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使HMPAM 水溶液的黏度大增。為了對比，所選樣品是分子量相近的，僅DHAM含量不同的HMPAM ,以及未改性的聚丙烯酰胺。在較低聚合物濃度時，疏水基團分子內(nèi)締合使HMPAM 水溶液黏度低于PAM;而在較高濃度時，分子間締合使HMPAM 的表觀黏度遠大于PAM。發(fā)生分子間締合的臨界聚合物濃度c與聚合物的交蓋濃度相關(guān)，依賴于聚合物的分子量，并隨疏水基團含量增加而降低。在c以上，HMPAM 的增稠效率隨疏水基團含量的增大和疏水基團鏈長的增長而急劇提高。

      在臨界濃度c以上，分子間締合不僅使HMPAM 表現(xiàn)出很大的增稠效應(yīng)，也使其表現(xiàn)出與PAM顯著不同的流變行為。與PAM相比，HMPAM 水溶液的流變行為表現(xiàn)出如下特點。

      (1)更顯著的假塑性。普通聚丙烯酰胺的高增稠能力來自其高的分子量和電荷間靜電斥力，使其分子鏈高度伸展與鏈間的纏結(jié)。在剪切場下PAM分子鏈會發(fā)生取向和解纏結(jié)，引起其水溶液的表觀黏度隨剪切速率的增大而下降，即呈現(xiàn)假塑性，參見第2章圖2-8和圖2-9。不同的是，HMPAM 的高增稠能力來自分子鏈間的疏水締合，而這種締合又是一種強度較低的物理作用。因此在剪切應(yīng)力作用下，HMPAM 的分子鏈除了發(fā)生解取向和解纏結(jié)外，其物理交聯(lián)會遭到破壞而發(fā)生解締合，進一步降低了鏈間的物理交聯(lián)程度或分子鏈聚集體的流體力學(xué)體積，使水溶液黏度降低。這種解締合程度對剪切速率更加敏感，從而使HMPAM表現(xiàn)出更為顯著的假塑性。分子量相同時，HMPAM的零剪切黏度和低剪切黏度遠高于聚丙烯酰胺,表觀黏度隨剪切速率增高而急劇下降。

      (2)切力增稠性。聚丙烯酰胺溶液的黏度在非牛頓區(qū)隨剪切速率增大而減小，即表現(xiàn)出切力變稀行為。而HM-PAM與之不同，其水溶液黏度會在一定濃度和中等剪切速率范圍隨剪切速率增大而增大，即切力增稠。這種切力增稠效應(yīng)被認為是在剪切應(yīng)力作用下分子內(nèi)締合向分子間締合的轉(zhuǎn)化以及疏水基團參與締合的分?jǐn)?shù)增大所引起的。在一定剪切速率下，剪切應(yīng)力破壞了稀溶液中聚合物聚丙烯酰胺的分子內(nèi)締合結(jié)構(gòu)，使鏈擴張伸展，從而有利于分子間締合的形成。這種切力增稠效應(yīng)發(fā)生在一定剪切速率范圍內(nèi)，當(dāng)剪切速率增加到一定數(shù)值后，強剪切作用亦破壞了分子間締合結(jié)構(gòu)，體系黏度開始降低。

      切力增稠效應(yīng)也發(fā)生在有限的聚合物濃度范圍內(nèi)，并依賴于聚合物聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)和溶液組成。疏水基團含量的增加、疏水基團鏈長的增長以及微嵌段長度的增加皆會使該效應(yīng)加強。增加水解度則會使切力增稠效應(yīng)變?nèi)?，但隨鹽濃度的增加切力增稠效應(yīng)明顯。

      (3)剪切作用的可逆性。普通的聚丙烯酰胺溶液若要在較低濃度下達到高的增稠效果，必須采用高分子量和較高水解度的產(chǎn)品。但在高剪切作用下，高分子鏈易發(fā)生機械降解，導(dǎo)致PAM的分子量的降低及溶液黏度的降低，

      即高分子量聚丙烯酰胺產(chǎn)品的耐剪切性差。如在三次采油注水井區(qū)，高的注入壓力和注入速率使PAM發(fā)生顯著的降解，影響其增稠性能。而對于HMPAM ,分子量相對較低，其增稠作用主要來自分子鏈間的疏水締合，這種物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)在高剪切應(yīng)力作用下破壞，體系黏度下降；但在高剪切應(yīng)力場去除后，物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)，再次形成分子鏈間的締合，顯現(xiàn)增稠作用。這種物理締合結(jié)構(gòu)的可逆性使HMPAM 的增稠性也表現(xiàn)出剪切作用的可逆性，具有較好的抗剪切能力。

      (4)觸變性。聚合物聚丙烯酰胺水溶液中的聚集結(jié)構(gòu)會因剪切應(yīng)力而改變，在外力去除后又可恢復(fù)。而結(jié)構(gòu)的變化需一定的響應(yīng)時間，這種動力學(xué)效應(yīng)使HMPAM 的流變行為依賴于受剪切作用的時間，從而表現(xiàn)出觸變性。

      (5)一定的耐鹽性和耐溫性。通常作增稠劑的HPAM是含陰離子COO的聚電解質(zhì)，在高的鹽水溶液中，由于反離子的靜電屏蔽作用，使單個分子鏈的流體力學(xué)體積減小，其增稠能力大幅度降低，甚至在二價離子作用下產(chǎn)生沉淀而失效，表現(xiàn)出耐鹽性差的缺陷。而對于HMPAM ,雖然也存在鹽離子的靜電屏蔽和降黏的作用，但高鹽濃度會促進疏水長鏈烷基間的締合作用，增大分子間的締合程度和締合強度，使HMPAM 溶液的表觀黏度隨著鹽濃度的增加而提高，呈現(xiàn)顯著的耐鹽性。

      溫度的增加也有利于聚合物聚丙烯酰胺中疏水締合的形成，相對于聚丙烯酰胺和HMPAM溶液黏度的降低較小，甚至在某些情況下還會有所上升，表現(xiàn)出一定的耐溫性。