Page 214 - 《精细化工》2021年第1期
P. 214
·204· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
高温高盐下老化 360 d，未出现冻胶收缩脱水现象， 致。由图中可知，在后两个阶段，C-SiO 2 的加入使
5
成胶强度保持在 H，测得表观黏度均在 6.0×10 mPa·s 冻胶质量残余率由 80%减小到 60%，分解温度也明
左右。PAM/PEI 冻胶体系随着时间延长，出现脱水 显提高，说明 C-SiO 2 的引入可提高冻胶体系的热稳
现象，且冻胶强度不断降低。同时 C-SiO 2 /PAM/PEI 定性。
冻胶体系强度远高于同类体系在 pH 为 7、80 ℃下 2.3.3 纳米 SiO 2 增强 PAM/PEI 冻胶机理分析
5
所测最高黏度为 1.453×10 mPa·s 的冻胶体系 [34] 。由 由以上实验可知，纳米材料对成胶时间和成胶
此可知，纳米 SiO 2 的加入有效抑制了冻胶的脱水， 强度的影响较明显，由此可以推断，其在凝胶体系
表现出良好的长期稳定性。 中可能起到了交联剂的作用，使体系加速形成并增
2.3 纳米 SiO 2 增强 PAM/PEI 冻胶机理探讨 强三维网状结构，这种网状结构可以把水包含在晶
2.3.1 SEM 分析 格结构中形成具有黏弹性的凝胶体。一方面，PAM
采用 SEM 观察冻胶 PAM/PEI 和 C-SiO 2/PAM/PEI 在交联过程中，不同分子间距离的远近使分子内部
的微观结构，结果如图 4 所示。 或者分子之间的—C==O 与—NH 2 很容易形成氢键；
另一方面，CTAB 分子链上的正电荷与 PAM 分子表
面上的负电荷会形成离子键。生成的氢键以及离子
键的协同作用提高了该冻胶体系的锁水能力，形成
的三维网状结构更加牢固，见图 6。这种凝胶体能
够在地层孔隙介质中形成更好的物理堵塞，从而达
到阻止水流通过或改变水流通方向来达到封堵地层
a—PAM/PEI；b—C-SiO 2/PAM/PEI [35]
图 4 冻胶 SEM 图 的目的 。
Fig. 4 SEM images of gels
由图 4 可看出，PAM/PEI 冻胶体系有明显的三
维网状结构，网孔较大，而 C-SiO 2 /PAM/PEI 表面出
现了大量小颗粒，同时三维网状结构更加致密，网
孔更小，可推测 C-SiO 2 已附着在 PAM/PEI 冻胶体系
中，使冻胶结构更加致密，强度更高。
2.3.2 TG 分析
采用热重分析仪对 PAM/PEI 冻胶和 C-SiO 2 /
PAM/PEI 冻胶热稳定性进行了测试，结果见图 5。
图 6 纳米颗粒增强凝胶的示意图
Fig. 6 Schematic illustration of the nano particle reinforced gel
3 结论
（1）以 CTAB 为表面改性剂制备了改性纳米
SiO 2 ，并将其作为增强剂构建了 C-SiO 2 /PAM/PEI 冻
胶体系，与常规 PAM/PEI 冻胶相比，该冻胶体系具
有良好的抗温、抗盐性及长期稳定性。
（2）C-SiO 2 /PAM/PEI 冻胶体系在酸性环境下
不能成胶，当 pH≥7 时，随着 pH 的提高，C-SiO 2/
图 5 冻胶的 TG 曲线 PAM/PEI 冻胶体系成胶时间缩短，强度增强；随着
Fig. 5 TG curves of gels
温度升高，成胶速度加快，冻胶强度提高，120 ℃
由图 5 可以看出，冻胶的 TGA 曲线可分解为 3 下最终成胶强度可达 I 级；NaCl 的加入延缓了成胶
个阶段：第 1 阶段在 25~230 ℃，这是冻胶表面残 时间，并降低了成胶强度。
4
留的少量水分挥发产生的质量损失；第 2 阶段在 （3）在 120 ℃、pH 为 9、矿化度为 7.0×10 mg/L
230~340 ℃，此时主要是由于交联点出现断裂使小 环境下，C-SiO 2 /PAM/PEI 冻胶体系的表观黏度保持
5
分子脱出导致的质量损失；第 3 阶段在 340~600 ℃， 在 6.0×10 mPa·s 左右，成胶强度达到 H 级且维持
此时的质量损失主要是酰胺和羧酸盐的热分解导 360 d 以上不脱水，表现出良好的长期稳定性。
