Page 132 - 《精细化工》2021年第10期

·2062· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

土的温敏响应作用已达到最佳区间。所以，NIPAM-B —OH 进行反应生成氢键，并再次进行脱水缩合得
对温度具有一定“响应能力”，即温敏增黏能力。 到—SiO—（如图 6，膨润土的层间水以及膨润土表
2.3.3 NIPAM-B 悬浮性分析 面的—OH 都参与了硅烷偶联剂 KH570 与膨润土之
膨润土的悬浮性对钻井液的滤失量、造浆性都 间的水解、脱水缩合等化学反应），最终硅醇又互相
会产生一定影响，因此对膨润土的悬浮性进行测试 连接构成网状结构覆盖在膨润土表面 [19] 。
十分必要，结果见图 9。由图 9 可知，刚制备时，
两种膨润土悬浮液的分布都较为均匀，6 h 时悬浮液
变化不明显，6 h 时的 NIPAM-B 有轻微沉降，12 h
时 NIPAM-B 沉降量高于钠基膨润土，24 h 时
NIPAM-B 沉降量明显高于钠基膨润土。由此可见，

智能温敏膨润土的悬浮性稍逊于钠基膨润土。 图 10 硅醇脱水缩合
Fig. 10 Dehydration and condensation of silanol

接着，与膨润土表面的 Al—OH、Si—OH 形成键
合（图 11），因氢氧两原子电负性相差较大，导致二
者电子层均向氧原子偏移，造成氢原子电性排列不均
从而极易同硅烷形成新的氢键。再次升温去水，使
原有结构中的 H 2 O 又一次脱离并产生共价结构，最
终实现硅烷偶联剂对膨润土表面进行大范围修饰 [20] 。

a—钠基膨润土；b—NIPAM-B

图 9 膨润土悬浮性测试
Fig. 9 Suspension test of bentonite

一般静态条件下的沉降稳定性能较好地反映出
钻井液体系是否具备较良好的悬浮性 [17] 。对智能膨
图 11 硅烷偶联剂缔合齐聚
润土悬浮液进行静态沉降稳定性测试的相关数据见
Fig. 11 Associative oligomerization of silane coupling agent
表 2。其中，ρ t 为液柱上部（游离液体下层）密度，
3
3
g/cm ；ρ b 为液柱底部的密度，g/cm ；SF 为静态沉 （2）NIPAM-B 合成原理
降因子，SF=ρ b /(ρ t +ρ b )。由表 2 可知，智能温敏膨润 NIPAM-B 的结构示意图见图 12。

土悬浮液的稳定能力稍逊于钠基膨润土，这可能由
于钠基膨润土经过表面改性后，疏水性有所提升的
同时亲水性下降，粒子分散程度相对减低，聚集性
稍有提升，最终造成智能温敏膨润土沉降速度略快
于钠基膨润土。但总体来说二者 SF 均为 0.50，说明
二者悬浮性均相对较好。

表 2 NIPAM-B 悬浮液法的稳定性
Table 2 Stability of NIPAM-B suspension
3
3
悬浮液种类 ρ t/(g/cm ) ρ b/(g/cm ) SF 稳定性
钠基膨润土 1.02 1.03 0.50 较好

智能温敏膨润土 1.02 1.04 0.50 较好 图 12 NIPAM-B 的结构示意图
Fig. 12 Schematic diagram of NIPAM-B
2.4 智能温敏膨润土合成及工作原理
2.4.1 智能温敏膨润土合成原理 由图 12 可知，NIPAM 单体在聚合形成温敏分
（1）KH570-B 合成原理 子链的同时，还将同 KH570-B 上的“—C==CH 2 ”
硅烷偶联剂 KH570 在进行接枝时，硅烷基团率 键反应，完成 PNIPAM 温敏分子链同膨润土的有效
先与水反应 [18] ，以硅醇形式存在，所生成的硅醇遇 连接，达到膨润土智能化温敏改性的目的。此外，
热先进行水解（图 10），然后再同膨润土表面上的 为使智能温敏膨润土具有良好的感温调节能力，在