Page 189 - 《精细化工》2020年第1期
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第 1 期                     王   锰，等:  缔合型交联剂对多元共聚物流变特性的影响                                  ·175·


            链，采用离子型单体与具有疏水作用的功能单体共                             基二甲基烯丙基氯化铵)=8∶3∶3∶0.2 将单体溶解
            聚可得到两亲性高分子聚合物，由于高分子链上同                             于去离子水中，用氢氧化钠调节水溶液 pH 至 9~10，
            时具有电荷与疏水作用，所以链间与链内缔合同时                             通氮气 60  min 后，升温至 40 ℃并加入占单体总质
            存在。当外加一定量的两性表面活性剂分子时，链                             量 0.1%的氧化还原引发剂〔m(过硫酸钾)∶m(亚硫
            内缔合向链间缔合转移，不仅使高分子链舒展，还                             酸氢钠)=2∶1〕，反应 3 h，然后升温至 90 ℃水解 4 h。
            增加了不同分子链间的作用力，从而使复配体系产                             将得到的胶块状产物剪碎后用乙醇浸泡 48  h，之后
            生特殊的流变特征。此类体系不遵循 Cox-merz 规                        放入 70 ℃烘箱烘 24 h，再用粉碎机将产物粉碎成白
            则，也无法通过表观黏度进行简单评价                  [1-4] 。随着高      色粉末。最终制得白色粉末状多元共聚物 ZW-12。
            分子凝聚态物理学的发展，Ferry 与 Doi、de Gennes                      反应过程如下所示。

            等人对高分子链的运动模式进行了深入研究，并建
            立了相关的理论模型          [5-7] 。聚合物流变学则从唯象论
            和分子论两个角度出发，均推导出了形式相似的流
            体本构方程，并由此衍生出了人们对聚合物溶液黏
            弹性的关注。在之后的报道中，一些学者已经对天

            然植物胶和人工合成聚合物的流变性能进行了考
                                                               1.3   流变学测试
            察，提出了黏性与弹性共同影响压裂液性能的观                                  用 1 L 纯水配制 4 g/L ZW-12 溶液，并取 9 组 100 mL
            点 [8-12] 。国内已经进行的两性多元共聚物流变学研                       溶液，分别加入质量分数为 0、0.075%、0.150%、0.225%、
            究主要采用强迫振荡实验测试流体的储能模量与耗                             0.300%、0.375%、0.450%、0.525%、0.600%（以溶液中 ZW-12
            散模量，也有部分学者考察了流体的蠕变性能与触                             的质量为基准）的 M-1，制备不同交联程度的共混物
            变性，但很少有将流体介观结构的变化与流变学模                             体系，考察不同含量 M-1 对体系流变性能的影响。
            型相结合的报道。本文根据流变实验的数据，采用与                                采用 RS6000 型流变仪的 C60/1° Ti 型转子进行锥
                                                                                                          –1
            实验结果相符合的流变模型对流体结构的变化进行了                            板实验，测试触变性能，剪切速率设置为 0~500 s 。
            分析，并将流变数据量化以总结流体结构的变化规律。                           为了保证试样的触变结构被完全破坏，应保持试样
                 本文以自制的两性多元共聚物水溶液为研究对                          在经历上行剪切后，保持 500  s           –1  的剪切速率继续
            象，选用两性表面活性剂十八烷基二羟乙基甜菜碱                             15  min，然后再进入下行剪切。蠕变测试也采用同
            作为缔合型交联剂（M-1），该类型表面活性剂具有                           样的锥板模块，在进行蠕变实验前，应对所有试样
            较长疏水链段且在单个分子中同时具有阴、阳离子，                            进行应力扫描以确定安全应力值，保证蠕变实验的
            既能促进高分子链间的疏水缔合，又可以参与高分                             准确性。采用 RS6000 型流变仪的 PZ38 同轴圆筒模
            子链间的静电缔合作用。以 Doi-Edwards 模型提出                      块测试各个试样的黏切曲线。
            的分子链运动模式和流体非线性黏弹 Burger 模型为                        1.4   扫描电镜
            基础，通过考察不同 M-1 含量下多元共聚物溶液的                              为了保证观测时流体的介观结构不受破坏，制
            流变性质的变化，试图解释M-1 对多元共聚物的影响。                         样时选择冷冻升华法。将试样在液氮环境下急速冷
                                                               却，随后去除水分，放入扫描电镜样品台观测。
            1    实验部分                                          1.5   颗粒沉降实验
                                                                   按照 1.3 节流变学测试中的方法，制备不同 M-1
            1.1    试剂与仪器
                                                               含量的待测液体。单陶粒沉降速率采用定制沉降管
                 丙烯酰胺（AM），工业级，山东多丰化工有限
                                                               （内筒直径 8 cm、高 50 cm），将待测液体加入内筒
            公司；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、2-丙烯
                                                               中，液面高于最高刻度线以上 5 cm。将直径 3.5 mm
            酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），工业级，济南诺世新
                                                               的陶粒由内筒口放入，当陶粒沉降至最高刻度线时
            材料有限公司；十二烷基二甲基烯丙基氯化铵，自
            制 [13] ；氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠，AR，成                       开始计时，到达最低刻度线后计时结束，计算陶粒
                                                               沉降速率，重复 5 次取平均值。
            都市科龙化工试剂厂；十八烷基二羟乙基甜菜碱
            （M-1），工业级，成都佰椿石油科技有限公司。                            2   结果与讨论
                 RS6000 型流变仪，德国 Thermo Haake 公司；FEI
            Quanta 650 FEG 场发射扫描电镜，美国 FEI 公司。                  2.1    触变性
            1.2   多元共聚物的制备                                         对于多元共聚物体系，其分子间作用力对于流
                 按照 m(AM)∶m(DAC)∶m(AMPS)∶m(十二烷                 体性能的影响不容忽视，尤其加入缔合型交联剂后，
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