聚丙烯酰胺稀溶液的粘度与剪切速率的关系的研究

聚丙烯酰胺稀溶液的粘度与剪切速率的关系的研究陈九顺，刘忠义，刘波，张艳红（黑龙江大学化学系，哈尔滨，１５００８０）关键词聚丙烯酰胺，部分水解聚丙烯酰胺，粘度，剪切速率水溶性高聚物聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）和部分水解聚丙烯酰胺（ＰＨＰ）的水溶液是一种假塑性流...     

水解交联改性的聚丙烯酰胺的吸水保肥能力研究

研究聚丙烯酰胺（PAM）的水解，并对其结构进行了表征。研究了二醛交联的聚丙烯酰胺及其水解产物对水、肥的吸收及保持能力，结果表明，聚丙烯酰胺水解交联后，部分胺基转化为羧基和羟基。由于羧基、羟基和胺基的协同作用，对水和肥的保持、吸收能力大大增强。水解4h的产物PAM-4中羧基、羟基和胺基的协同作用最好，对水和肥的保持、吸收能力最强。与乙二醛交联的PAM-4相比，戊二醛交联的PAM-4因可以有更大的网络伸展空间，水和肥的保持、吸收能力更强。戊二醛交联的PAM-4对CO（NH2）2有较大的吸收容量。     

低浓度部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝交联体系剪切稳定性研究

采用粘度法、核孔膜过滤和动态光散射(DLS)法,研究了高分子量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与柠檬酸铝(AlCit)反应所形成的交联体系的剪切稳定性和HPAM剪切降解后与AlCit反应所形成的体系的封堵性能及降解机理.研究结果表明,低浓度的HPAM与AlCit反应所形成的交联聚合物体系随剪切速率增加,其对1.2μm的核孔膜的封堵能力降低.HPAM稀溶液剪切降解后再与AlCit反应,低剪切速率对其封堵性能影响较小,而高剪切速率会使得其封堵性能大大降低.HPAM/AlCit交联体系和HPAM剪切降解后形成的交联体系的封堵性能下降的原因是HPAM/AlCit交联体系中交联聚合物线团(LPC)尺寸和HPAM中高分子线团的尺寸变小.     

低浓度HPAM/AlCit交联聚合物溶液性质研究

采用粘度法、扫描电镜（SEM）、核孔膜过滤、动态光散射（DLS）和27Al NMR法，研究了高分子量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）与柠檬酸铝（AlCit）体系交联反应过程溶液性质变化.结果表明，HPAM与AlCit反应在低剪切速率时体系粘度随反应进行而降低，在剪切速率较高时具有剪切稠化现象，HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋 晶格弛豫时间随反应进行变短.低浓度的HPAM与AlCit发生分子内交联反应形成交联聚合物线团（LPC）在水中的分散体系，即交联聚合物溶液（LPS）.交联聚合物溶液中LPC的平均流体力学半径约为238 nm，其形态接近球形，具有多分散性. LPS对1.2 μm核孔膜的封堵程度与其反应时间有关.     

部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝胶态分散凝胶体系的剪切稠化现象

一般认为 ,能够产生剪切稠化现象的体系为分散稳定的固 -液浓悬浮体 ,分散相 (固相 )体积分数 30 %～ 6 0 % [1～ 4] .最近 ,我们在研究固含量仅为 0 .0 3%的部分水解聚丙烯酰胺 (简称PHPA) /柠檬酸铝胶态分散凝胶体系流变性时 ,也发现了剪切稠化现象 .胶态分散凝胶( CDG)主要由交联剂在单个聚合物分子中通过内交联形成[5,6] ,形成条件是低聚合物质量分数 (一般为 0 .0 1 %～ 0 .1 2 % )和低交联剂 /聚合物质量比 (一般为 1∶ 2 0～ 1 0 0 ) .由于不能象常规凝胶一样形成三维网络结构 ,因而 CDG的分子结构状态介于常规聚合物凝胶和自由…     

部分水解聚丙烯酰胺柠檬酸铝体系临界交联浓度的研究

采用落球粘度计、核孔膜过滤、动态光散射 (DLS)和2 7Al NMR法 ,研究了高分子量、低浓度的部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)与柠檬酸铝 (AlCit)体系形成交联聚合物溶液 (LPS)的临界交联浓度 .研究结果表明 ,HPAM AlCit体系在聚合物浓度较低时 ,溶液中主要发生形成交联聚合物线团 (LPC)的交联反应 ,此时形成的是LPS ,聚合物浓度增加到某一临界值后 ,体系中形成线团后 ,存在线团间的交联 ,此时形成的是弱凝胶 .不同方法所测得的HPAM AlCit体系的临界交联浓度基本相同 ,对于粘均相对分子质量为 1 4× 10 7的HPAM ,在NaCl浓度为 2 0 0 0mg L ,交联比 2 0∶1时形成的交联体系 ,其临界交联浓度在 2 0 0～ 30 0mg L间 .     

低浓度HPAM/AlCit交联体系的27Al NMR研究

用27Al NMR谱研究了高分子量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与柠檬酸铝(AlCit)体系交联反应过程中Al的化学位移和Al的自旋-晶格弛豫时间的变化. 结果表明, HPAM与AlCit反应后, 与HPAM分子链上的羧基发生配位交联的Al的化学位移向低场移动, 而不参与交联反应的AlCit分子结构中Al的化学位移基本不变. HPAM/AlCit交联体系中存在三种形态的Al, 分别对应三种不同的自旋-晶格弛豫时间. 当HPAM的质量浓度≤200 mg/L时, HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋-晶格弛豫时间τ13随反应进行变小, HPAM与AlCit主要发生分子内交联反应. 当HPAM的质量浓度≥250 mg/L时, HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋-晶格弛豫时间τ13随反应进行变大, HPAM与AlCit主要发生分子间交联反应.     

部分水解聚丙烯酰胺弱凝胶交联动力学的流变学分析

用流变学方法对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)苯酚甲醛间苯二酚交联体系的弱凝胶化过程进行了研究,通过对基团转化率和高分子交联转化率的分析,发现凝胶化过程在接近凝胶点时,处于反应动力学的初期,这使得交联点增加的动力学是比较简单的.通过在不同聚合物浓度和交联剂浓度并在地层温度和矿化度条件下线性粘弹性行为的研究,得到了交联体系凝胶化动力学过程的完整数据,发现聚合物浓度与交联剂浓度对凝胶点与凝胶强度的影响比较类似,反映出交联点增加的共同动力学特征.复数粘度在一个诱导期后,是以指数上升的,类似一个一级反应的特征.产生交联的临界聚合物浓度约为250mg L左右.并提出了剪切粘度数学模型,可以描述凝胶化过程中流变性质的变化.     

部分水解聚丙烯酰胺水溶液的零剪切黏度和临界浓度

通过蠕变和振荡实验分别测定了部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)水溶液的零剪切黏度(η₀)和线性黏弹区储能模量(G'), 并依据其浓度依赖性得到叠加浓度(C^*)和交叠浓度(C^*), 考察了温度、pH值和电解质(NaCl和CaCl₂)浓度的影响. 结果表明, 随着温度的升高和电解质浓度的增大, PHPA水溶液的η₀及G'减小, C^*和C^*增大; 电解质阳离子价态越高, 溶液黏度和临界浓度的变化越显著; 而随着pH值的增大, η₀及G'先增大后减小, C^*和C^*先减小后增大.     

聚丙烯酰胺/柠檬酸铝胶态分散凝胶性质的研究

用低浓度不同分子量的部分水解聚丙烯酰胺（ Ｈ Ｐ Ａ Ｍ） 和柠檬酸铝制备了胶态分散凝胶（ Ｃ Ｄ Ｇ） ,并用奥氏粘度计、超细粒度分析仪、岩芯流动实验对 Ｃ Ｄ Ｇ 的性质进行了研究．结果表明, Ｃ Ｄ Ｇ 的粘度比 Ｈ Ｐ Ａ Ｍ 粘度低,粒径在４５０ ～５２０ｎ ｍ 之间．岩芯流动实验结果表明, Ｃ Ｄ Ｇ 能够使岩芯的流动阻力大幅度增加,且在岩芯中达到同样的流动阻力所需通过 Ｃ Ｄ Ｇ 的体积与形成 Ｃ Ｄ Ｇ 的 Ｈ Ｐ Ａ Ｍ 的分子量、浓度及岩芯渗透率有关．     

疏水缔合效应对聚丙烯酰胺类水溶液结构和流变性质的影响

以聚合物驱油为背景,研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和缔合型部分水解聚丙烯酰胺(AHPAM)水溶液的结构与流变性质的差别.通过粘度法和静态激光光散射法得到了所分析的聚丙烯酰胺的分子量,用动态激光光散射法和粘度法分析了特定AHPAM分子缔合形态,并用流变学法测定了AHPAM在地层温度与矿化度条件下的线性粘弹性与非线性流变特性.着重讨论了临界缔合浓度的概念,研究了结构和流变性质的关系,以及分析了缔合对聚合物驱油的可能影响.实验结果表明,AHPAM水溶液在宽浓度范围存在分子缔合;一般临界缔合浓度的概念实际反映在进入亚浓溶液范围分子间缔合的效应,剪切速率约为10 s-1时,剪切粘度突降数倍,反映缔合结构在剪切场中的变化,该现象在高缠结浓度下较不明显;拉伸粘度随拉伸速率变化与HPAM定性不同,该拉伸特性反映了疏水缔合近程作用的本质.     

水解聚丙烯酰胺柠檬酸铝体系成胶行为与形态结构的研究

采用光学显微镜、扫描电镜及流变性能测试等手段 ,研究了部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM )与柠檬酸铝 (AlCA)的成胶行为与形态结构 .结果表明 ,当AlCA浓度超过 10 0mg/L时 ,随HPAM浓度由低向高变化 ,HPAM AlCA交联体系可形成三种不同形态结构的凝胶 :分散凝胶 (由交联聚合物颗粒形成的分散体 )、两相(分散凝胶相与连续网状凝胶相 )共存凝胶和连续网状凝胶 .HPAM AlCA形成分散凝胶时 ,无明显的粘度升高现象 ,但体系中存在由HPAM大分子交联在一起的颗粒结构 .HPAM AlCA在形成连续网状凝胶时 ,体系复模量和复粘度大幅度提高 ,网状凝胶中含有粒状凝胶颗粒 .     

聚丙烯酰胺/醋酸铬与聚丙烯酰胺/酚醛胶态分散凝胶的纳米颗粒自组织分形结构

采用原子力显微镜 ,分别对无机交联体系聚丙烯酰胺 Cr3+ 和有机交联体系聚丙烯酰胺 酚醛胶态分散凝胶的微观结构进行了显微图像分析 .发现无论是在有机还是无机交联体系中 ,也无论聚丙烯酰胺和交联剂浓度如何变化 ,在微米尺度上最终形成的都是具有自相似性的树枝状分形图像 ,在更小尺度上则发现单个小树杈分形体都是由纳米级的颗粒紧密堆积而成 .在所研究的胶态分散凝胶体系中 ,树枝状分形结构的形成及其具体的形态取决于聚丙烯酰胺的浓度 ,而交联剂的有无及其多少只对树枝状凝胶分形的几何形态产生一定影响 .实验结果还表明纳米级 (≤ 10 0nm)的胶体颗粒构成的分形结构的凝胶其弹性模量G′比微米级的高出一个数量级 .且粒子尺度越小 ,则凝胶的力学稳定性越强     

聚丙烯酰胺与Cr(Ⅲ)低聚物交联机理的研究

采用分离Cr(Ⅲ )低聚物 ,分别考察其与聚丙烯酰胺反应活性的方法 ,研究了Cr(Ⅲ )低聚物与部分水解的聚丙烯酰胺交联机理 .用离子交换色谱法分离Cr(Ⅲ )低聚物得到纯的单体、二聚体和三聚体 ,经紫外、氧化还原滴定和离子色谱法确定了它们的结构 ,分别用它们与部分水解的聚丙烯酰胺交联反应 .在pH =6～ 12 ,聚合物浓度在 30 0～ 10 0 0mg L ,交联剂Cr(Ⅲ )浓度在 2～ 2 5mg L的范围 ,对成胶因素进行对比研究 .实验结果发现二聚体成胶的pH范围宽 ,用量少 ,三聚体次之 ,单体最差 .说明Cr(Ⅲ )低聚物是成胶反应的决定步骤 ,二聚体的反应活性最高 .从而完善地阐述了Cr(Ⅲ )离子与聚丙烯酰胺交联反应的机理