Page 131 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 潘 一，等: N-异丙基丙烯酰胺基智能膨润土的制备及性能 ·2061·

2.3 NIPAM-B 的性能评价 由图 7 可知， AA 与 NIPAM 物质的量比为 4：
2.3.1 NIPAM-B 的温敏性分析 6 时，合成的 NIPAM-B 悬浮液温度已升至 85 ℃，
PNIPAM 大分子链上存在疏水性的异丙基和亲 若温度继续升高水分容易蒸发，严重影响实验结果
水性的酰胺基，使 PNIPAM 在温度响应范围内具有 的准确性。不同 AA 添加量下 NIPAM-B 悬浮液的透
独特的温度响应能力 [15] 。利用紫外-可见分光光度法 过率会随着温度的升高发生改变，当在达到一定数
来检测改性后的钠基膨润土的温敏特性。AA 可改 值后维持稳定。此时，5 组 NIPAM-B〔AA 与 NIPAM
变亲水基团的数量进而调控智能温敏膨润土悬浮液 物质的量比分别为 0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6，
的温敏性，同时可改变智能温敏膨润土的 LCST， 对应的 AA 摩尔分数（以 AA 与 NIPAM 物质的量计，
通过改变 AA 的添加量来探究其对改性后膨润土 下同）分别为 0、10%、20%、30%、40%〕的 LCST
LCST 的影响。 （图中透过率由 30%降低到 20%时的温度）分别为
（1）温敏特性及温度响应范围探究 45、55、65、75、85 ℃。可见 AA 摩尔分数每增加
选取 AA 与 NIPAM 物质的量比为 0∶10 的智能 10%，NIPAM-B 的 LCST 将提高 10 ℃左右，说明
温敏改性膨润土试样，在质量浓度为 10 g/L、20 ℃ AA 的添加对 NIPAM-B 的 LCST 具有一定的调控作
下进行透过率及吸光度测试，探究改性后膨润土的 用，使得 NIPAM-B 拥有不同的 LCST，能够适应不
温敏特性以及对应的 LCST，结果见表 1。当温度逐 同地层温度，扩大了 NIPAM-B 的使用范围。
渐升高至 LCST 以上，疏水基团的疏水效果增强， 2.3.2 NIPAM-B 流变性分析
透过率降低，吸光度升高。 改性后膨润土流变性作为温敏膨润土的智能化
主要表现方式，同时流型的稳定也会直接影响钻井
表 1 不同温度下 NIPAM-B 的吸光度和透过率 [16]
Table 1 Absorbance and transmittance of NIPAM-B at 液的清洁、携岩等能力。按照 GB/T 5005—2010
different temperatures 对钠基膨润土和智能温敏膨润土进行流变性测试，
温度/℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 结果见图 8。由图 8 可知，钠基膨润土的黏度整体
透过率/% 30 30 30 30 30 20 20 20 呈现出下降趋势，并且在 30 ℃以后更易受温度影
吸光度 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.5 2.5 2.5 响，AV、PV 显著降低。特别是在 20~55 ℃之间，
AV 降低幅度达到了 26%。PV 的波动整体呈现出当
由表 1 可知，智能温敏膨润土悬浮液在 45 ℃ 温度升高时黏度明显降低（升温降稠）的特点。
时透过率、吸光度均发生改变，改性后的 NIPAM-B
依据温度变化，疏水效果增强，导致透过率有所降低，
吸光度有所升高。由此证明改性后的 NIPAM-B 具有
温敏性。并证明制备的 NIPAM-B 的 LCST 为 45 ℃。
（2）AA 对温敏性的调控作用
在 NIPAM-B 合成的最佳条件下，考察 AA 与
NIPAM 物质的量比（0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶
6）对合成的智能温敏膨润土温敏性的调控作用，结
果见图 7。

a—钠基膨润土的 AV；b—钠基膨润土的 PV；c—NIPAM-B 的 AV；
d—NIPAM-B 的 PV

图 8 钠基膨润土和 NIPAM-B 流变性随温度的变化
Fig. 8 Change of rheological properties of sodium
bentonite and NIPAM-B with temperature

NIPAM-B 的 AV 和 PV 比钠基膨润土的明显降
低，推断是由于 KH570-B 表面携带大量亲水基团致
使悬浮液黏度升高。随着温度的升高，NIPAM-B 的

AV 和 PV 逐渐增加，其流变性在 45 ℃以后显著改
图 7 AA 与 NIPAM 物质的量比对 NIPAM-B 悬浮液透过 变，泥浆黏度显著提升，泥浆的 AV 在 40~60 ℃范
率的影响
Fig. 7 Effect of the molar ratio of NIPAM to AA on the 围内提升了 25%，PV 在 55 ℃时基本达到稳定，PV
transmittance of NIPAM-B suspension 在 40~60 ℃之间提升了 33%，说明此阶段内智能温润