氧化石墨烯对聚乙烯醇/硼酸水凝胶流变性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)对聚乙烯醇(PVA)/硼酸(borate)水凝胶线性及非线性流变性能的影响。 通过扫描电子显微镜、硼谱核磁共振波谱以及流变研究了水凝胶的流变性能。 结果表明,GO质量浓度在稀溶液区时,GO片层与PVA链间通过硼酸根离子形成了具有弹性活性的缔合点,有效地提高了水凝胶的平台模量、松弛时间和零切粘度;当GO进一步增加到亚浓溶液区,部分的交联剂被GO的团聚体捕获并处于非弹性活性的缔合状态,处于有效缔合状态的交联剂变少,导致平台模量、松弛时间和零切粘度降低。 稳态剪切测试下,样品在剪切增稠区的粘度增加随着GO添加量的增加明显加强,这与剪切场下取向的氧化石墨烯片层参与网络结构的重排有关。     

耐温抗盐驱油聚合物溶液黏弹性

对3种不同结构类型的耐温抗盐驱油聚合物〔高分子量聚丙烯酰胺(HPAM)、磺化聚丙烯酰胺(S-HPAM)和疏水缔合聚丙烯酰胺(A-HPAM)〕的溶液黏弹性能进行了研究。在温度85℃下,通过稳态剪切和动态剪切试验,考察了质量浓度和矿化度对聚合物溶液黏弹性的影响。结果表明,随剪切速率增加,溶液表观黏度逐渐降低。质量浓度越高,溶液的储能模量(G')和损耗模量(G″)越大。由动态剪切实验数据,计算得到第一法向应力差(N1)。随质量浓度增加,聚合物溶液的N1逐渐增大;随矿化度增加,聚合物溶液的N1出现不同盐敏感区域,说明不同结构类型的驱油聚合物溶液对矿化度的弹性响应不同。研究结果为高温高盐油藏聚合物驱剂的选择及开发提供了理论参考。     

钙离子诱导的海藻酸钠/黄原胶凝胶化临界行为研究

研究了海藻酸钠/黄原胶混合体系的相行为及其对海藻酸钠-钙离子凝胶化临界行为的影响.当海藻酸钠浓度为0.5 wt%时,随着黄原胶的添加,混合体系出现相容、相分离及液晶3种不同的相行为.与纯黄原胶溶液相比,海藻酸钠/黄原胶混合溶液在更低的黄原胶浓度下开始形成液晶,这是由于混合体系中相分离的发生导致了黄原胶有效浓度升高.利用葡萄糖酸内酯(GDL)在线酸化Ca-EDTA,释放钙离子,研究了不同钙离子引入量时(f=[Ca2+]/[COO-])混合体系的黏弹性.Winter-Chambon分析发现临界凝胶点(f gel)随黄原胶浓度的增加而降低.当相分离发生时,临界凝胶点急剧降低,当液晶结构形成后,临界凝胶点呈现上升趋势.通过对比Winter-Chambon方法和临界凝胶点模量松弛法所测得的松弛临界指数(nw和nr),发现黄原胶的添加使海藻酸钠临界凝胶失去结构自相似性.相分离的发生导致临界凝胶结构排列更加致密,而液晶的出现使临界凝胶结构排列相对疏松.     

简单剪切对聚合物溶液PS/DINP相分离行为的影响

通过剪切-光学显微装置在线研究了聚合物溶液聚苯乙烯(PS)/邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)体系在静态和简单剪切场下的浊点变化及其相结构的实时演变过程,结果发现在单向剪切场下,当PS/DINP体系中PS含量在15%以下时该体系的剪切浊点基本不随剪切速率的变化而变化;当PS含量在15%以上时该体系的剪切浊点随剪切速率的增大而先增大后减小,并且不同配比下都出现一个最高相界移动,该最高相界移动随着PS含量的增加移向更高的剪切速率。此外,还发现PS/DINP近临界组成的静态相分离过程是典型的粘弹相分离。低剪切速率下的相分离过程与静态下有些相似,初期形成网络结构,并且该结构沿流动方向变形取向,但是网络结构直至实验结束也没有发生破裂,可见低剪切速率对网络结构具有一定的稳定作用。     

高分子相分离的分子动力学模拟

用粗粒化分子动力学(MD)模拟方法从分子层次研究两组分聚合物共混体系相分离过程中的动力学. 在相分离初期, 相区尺寸不随时间增加而变化; 在相分离中期, 相区尺寸与时间有很好的标度关系, 标度指数(α=1/3)符合Lifshiz-Slyozov提出的以扩散为主导的蒸发-凝聚机理的标度预测; 在相分离后期, 体系实现宏观相分离, 相区尺寸不再随时间改变而变化. 体积分数小的高分子链尺寸在相分离过程中先收缩再扩张, 在实现宏观相分离后, 高分子链尺寸又回到本体状态尺寸.     

增容剂对聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯共混体系结构流变学的影响

采用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)对聚丙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PP/PET)共混体系进行增容,研究了增容前后复合体系的相形态和流变行为的变化.结果表明,共混体系中当PP组分为分散相时,增容剂能够显著减小PP液滴尺寸,使其形状松弛时间减小,变形与破裂的剪切敏感性降低;当共混体系两组分配比处于临界相反转点周围时,增容剂则会导致其内部部分双连续与“海-岛”结构共存的复杂相形态消失,低频区模量频率依赖性的增加表明体系内部界面结合程度的增加;而当共混体系中的PET组分为分散相时,增容剂的引入对体系结构流变学影响较小,表明增容效果不大.     

链段刚性对非溶剂致相分离成膜过程影响的耗散粒子动力学模拟

通过分子动力学(MD)模拟映射方法构建了符合聚醚砜(PES)刚性结构的耗散粒子动力学(DPD)简谐力场, 并研究了PES链段刚性对PES/N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)/水体系非溶剂致相分离(NIPS)过程的影响. 结果表明, 由于非溶剂和溶剂在两相界面上发生的质量交换, 导致在相界面处PES链段发生堆积, 形成了薄而致密的聚合物表层, 在PES溶液内部, 由于非溶剂的侵入导致体系发生了旋节相分离, 从而在整体上得到了明显的非对称结构; 同时, PES链段刚性的提升能够明显加快体系的相分离速度, 导致相界面处的PES薄层形成得更加快速, 薄层更加致密、 孔径更小, 而对内部的疏松结构影响较小; 此外, 结合不同力场下聚合物浓度对相分离过程的影响可以发现, 不同PES浓度下, 链段刚性的提升对相分离过程的特征和演变趋势没有造成根本性的影响, 与经典的弹簧力场的模拟结果在整体趋势上有相似性. 研究结果表明, 简谐力场能提升PES链段的刚性, 从而能更真实地模拟实际体系的非溶剂相分离法成膜过程.     

热致相分离制备聚乳酸纳米纤维支架

本研究以二氧六环/叔丁醇为溶剂体系,采用热致相分离方法制备出具有多级孔径的三维连通的聚乳酸纳米纤维支架. 探讨了陈化、陈化温度、聚合物浓度、二氧六环/叔丁醇 (溶剂/非溶剂)比例对纳米纤维支架的结构和纤维直径大小的影响. 结果表明,陈化对较低聚合物浓度下(≤7%)纳米纤维结构的形成影响明显,而在较高聚合物浓度时(＞10%),只要控制在一定温度下相分离即可形成纳米纤维结构的支架;较低的陈化温度(≤5℃)有利于纳米纤维状网络结构(直径约20-300nm)的形成,且随着陈化温度的下降,纤维网络结构分布更加均匀;聚乳酸浓度增加, 纤维细化,网络结构分布更均匀,所形成的孔结构也更致密;叔丁醇含量≤12%时,纤维直径变化不大;当叔丁醇含量＞12%时,纤维直径明显增加(约500 nm).     

全高分子太阳能电池活性层相分离结构调控

全共轭聚合物太阳能电池具有给受体能级可调、吸收范围宽及可溶液加工等优势,已经成为太阳能电池领域发展趋势.在开发高性能材料及器件结构优化的推动下,能量转换效率已经突破9%.然而,共轭聚合物分子刚性及分子结构各向异性等特点,导致全共轭聚合物共混体系相分离及结晶行为复杂,相区尺寸及界面处分子取向可控性差,难于深入理解并认识活性层结构对器件光物理过程的影响.本文从热力学及动力学角度入手,详述了全共轭聚合物共混体系相分离结构、相区尺寸及界面分子取向的可控调节.共混体系中分子迁移能力及溶液相分离类型是影响相分离结构的本质因素,并通过改变给受体比例及分子规整度等实现了孤岛、双连续及互穿网络结构的构筑.同时,通过添加第3组分调节溶剂-溶质分子间相互作用或聚合物分子间相互作用,在不降低活性层结晶性的基础上实现了相区尺寸的调控.最后,利用附生受限结晶原理及溶液状态,通过改变分子运动能力及在溶液中聚集程度,实现了由edge-on到face-on取向的转变.     

聚丙烯分子量对热致相分离制备微孔膜的影响

通过对等规聚丙烯与邻苯二甲酸二戊酯体系的相分离过程进行研究,绘制了3种分子量等规聚丙烯与邻苯二甲酸二戊酯体系的相图.研究结果表明,聚丙烯分子量的增大导致聚合物单个分子占据的晶格数Np增加,总分子数减少,使混合熵对混合自由能的贡献降低,因此浊点曲线向高温方向移动,而结晶曲线基本不变.聚丙烯分子量的增大延长了聚合物贫相分散液滴的生长时间、增加了聚合物富相黏度和过冷度.聚丙烯分子量变化不仅改变了微孔尺寸,而且改变了微孔结构.在相同淬冷条件下,微孔平均尺寸的变化趋势是贫相分散液滴的生长时间、聚合物富相黏度和过冷度3种因素共同作用的结果.     

多组分聚合物体系的动态流变行为与其相行为的关系

对多组分聚合物体系相行为所采用的常规研究方法都存在不可避免的缺陷。而用动态流变学方法研究具有独特的优点,其理论依据是：对具有临界相行为(LCST、UCST)或微相分离行为的多组分聚合物体系,在小应变状态下的动态流变行为对体系在相分离过程中形态和结构的形成与演化极其敏感,非均相结构的产生使体系在长时松弛区域表现出与均相聚合物体系不同的粘弹松弛行为,即弹性显著增加、松弛时问明显增长以及时-温叠加原理失效,偏离经典的线性粘弹理论模型。本文综述了用Han曲线、Cole-Cole曲线、时-温叠加失效和G′-T曲线等动态流变学方法对多组分聚合物体系相行为的研究进展。     

基于遥爪型大分子交联剂的动态化学交联水凝胶的黏弹性质

以壳聚糖为主链,以双端苯醛基聚乙二醇(DF-PEG)为交联剂,以希夫碱为动态交联键制备了动态化学交联水凝胶,通过改变大分子交联剂的分子量和浓度调控凝胶网络结构。以旋转流变仪的动态频率扫描和稳态剪切为主要手段,研究了凝胶结构对凝胶模量、松弛时间、剪切增稠程度的影响。结果表明:DF-PEG的分子量和浓度会影响凝胶网络内弹性活性链的密度从而影响模量、松弛时间,而凝胶剪切增稠程度与弹性活性链密度密切相关。     

水溶液中嵌段共聚物的耗散颗粒动力学模拟

用耗散颗粒动力学(dissipative particle dyanmics)模拟方法研究了Pluronic L64(PL64)和Pluronic 25R4(25R4)三嵌段共聚物水溶液中的介观相分离,模拟了聚合物聚集的动力学变化过程. 结果发现,在水溶液中,不同浓度的聚合物溶液表现出不同的介观结构,如分散相、球形胶束、双连续相(bicontinuous)等；而Pluronic L64在低浓度时更容易形成双连续相. 耗散颗粒动力学模拟可以作为实验的一个辅助,提供介观层次上的信息,对实验起到指导作用.     

表面活性剂对驱油聚合物界面剪切流变性质的影响

利用双锥法研究了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对油田现场用部分水解聚丙烯酰胺(PHPAM)和疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)溶液的界面剪切流变性质的影响,实验结果表明:HMPAM分子通过疏水作用形成界面网络结构,界面剪切复合模量明显高于PHPAM.SDBS和CTAB通过疏水相互作用与HMPAM分子中的疏水嵌段形成聚集体,破坏界面网络结构,剪切模量随表面活性剂浓度增大明显降低.同时,界面膜从粘性膜向弹性膜转变.低SDBS浓度时,少量SDBS分子与PHPAM形成混合吸附膜,界面膜强度略有升高;SDBS浓度较高时,界面层中PHPAM分子被顶替,吸附膜强度开始减弱.阳离子表面活性剂CTAB通过静电相互作用中和PHPAM分子的负电性,造成聚合物链的部分卷曲,从而降低界面膜强度.弛豫实验结果证实了表面活性剂破坏HMPAM网络结构的机理.     

剪切作用对功能聚合物微观结构性能的影响研究

梳型聚合物和活性聚合物是目前常用驱油聚合物,其增黏性和黏弹性是评价其驱油能力的重要指标.为考察剪切作用对两种聚合物溶液性能的影响,分别研究了梳型聚合物和活性聚合物溶液经过模拟炮眼剪切前后的宏观和微观性能变化.结果表明,在高速剪切、拉伸应力作用下,梳型聚合物黏度损失率为40.73%,活性聚合物黏度损失率为70.10%;当剪切频率为0.02 Hz时,梳型聚合物界面扩张弹性降低了19.03%,而活性聚合物界面扩张弹性降低了68.03%;相比活性聚合物,梳型聚合物紧密的空间网状结构虽被部分破坏,但仍有疏松的网络结构,且以聚集体的形式紧密地分散在溶液中,通过DLS及AFM测定表明其粒径尺寸稍有变小;可见梳型聚合物抗剪切能力较活性聚合物强.     

不完全相反转发展过程的流变行为

以动态应力流变仪ＤＳＲ（ＤｙｎａｍｉｃＳｔｒｅｓＲｈｅｏｍｅｔｅｒ）对双酚Ａ型环氧树脂在低乳化剂浓度（２３３ｗｔ％）下的相反转乳化过程进行了稳态应力扫描及动态频率扫描实验．实验结果表明,体系在相反转点前表现为牛顿流体行为,粘度几乎不变;相反转点时,体系粘度增加幅度很小,体系的有关动态流变参数（剪切储能模量、损耗模量和复数粘度）均出现极小值,将此归于局部连续水相的润滑作用;进一步加水,体系的动态流变量增加,意味着相反转在相反转点后仍在继续进行．所以,体系在低乳化剂浓度时,发生了不完全相反转．     

粘度对聚合物共混物相分离动力学的影响研究

模拟了粘度反差二元流体混合物的相分离,考察了粘度对相分离动力学的影响,发现相区域的增长主要由粘度较大的组分所控制,合理地解释了粘度效应所导致的一些实验现象.证明了即使组分间的粘度比很大,也没有出现反转相结构,说明在不施加剪切流场情况下,粘度反差不是形成反转相的原因.     

黏弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特性

采用上随体Maxwell本构方程,描述油藏条件下以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性.利用有限体积法对黏弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特征进行数值模拟.绘制了流函数和速度的等值线图.研究了黏弹性的变化对微观波及效率的影响.数值模拟结果表明,聚合物溶液的黏弹性是影响波及效率的主要因素.凹角处的流动区域随着弹性的增加在不断增大,因此滞留区域不断减小,微观波及效率不断增大.具有黏弹特性的聚合物溶液相比于纯黏性的牛顿流体更利于提高驱油效率.这一结论有助于驱油工业上聚合物溶液的设计和优选.     

不同结构驱油聚合物的界面剪切流变性质

利用双锥法研究了油田现场用超高分子量部分水解聚丙烯酰胺(PHPAM)和疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)溶液与航空煤油间的界面剪切流变性质,考察了时间、应变幅度和剪切频率对不同浓度PHPAM和HMPAM溶液界面剪切流变参数的影响.结果表明,只有在适宜的剪切频率条件下,流变数据才能反映界面膜的结构信息.HMPAM分子具有界面活性,能吸附在界面上,其界面膜的强度随时间变化逐渐增强,且在高浓度时以黏性为主;PHPAM分子不具有界面活性,其剪切流变参数没有时间依赖性,界面层以弹性为主.HMPAM能通过疏水作用形成界面网络结构,界面膜的剪切复合模量明显高于PHPAM界面层.HMPAM界面层中网络结构在剪切形变作用下的破坏与重组这一慢弛豫过程是其强度较高的原因.     

PBD/PDMS共混物分散相的聚并捕获行为

借助显微-剪切装置在线研究了低速剪切场下SiO2纳米粒子含量、分散相聚丁二烯(PBD)浓度和剪切速率对PBD/聚二甲基硅氧烷(PDMS)不相容体系中聚并捕获行为的影响.结果表明,聚并捕获所形成的液滴尺寸与形状规整度由粒子含量、分散相浓度和剪切速率等因素共同决定.在较低的SiO2纳米粒子含量或较高的分散相浓度下,PBD液滴在低剪切场下发生聚并捕获,形成尺寸较大、形状不规则的液滴.增加SiO2纳米粒子含量或减小分散相浓度,能够减小分散相的尺寸并提高分散相的规整度.增加剪切速率能有效地减小分散相的尺寸并提高分散相的规整度.