Page 133 - 《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 ·2063·

温敏分子上引入 AA，以此提供不同比例的亲水基 作用以及在氢键等影响下，在温敏长链附近形成一
团数量从而改变智能温敏膨润土的 LCST，结果同 层相对稳定且结构有序的水化外层，使温敏长链展
图 7，改变 AA 用量，可实现膨润土智能感温能力 现出相对舒展的长线状态。当温度升高至 LCST 以
的可控化。 上时，如图 13b 所示，温敏长链结构将转变为密实
2.4.2 智温敏膨润土温敏工作机理推测 的团线结构，甚至达到致密胶粒状态。同时温敏分
当温度升高直至超过 NIPAM-B 的 LCST 时，智 子长链上的疏水基团受温度影响活性加剧，使疏水
能膨润土单体间发生作用，致使智能温敏膨润土悬 基团的疏水效果增强。最终在温敏长链上各疏水基
浮液在感受温度变化的同时，实现抵抗“升温降稠” 团的相互作用下形成一层相对紧密的疏水薄层，使
影响，见图 13。由图 13a 可知，当温度在室温或 LCST 得温敏长链紧密压缩，表现出致密线团或胶结颗粒
以下时，温敏分子长链溶于水溶液，而水分子相互 结构。

图 13 NIPAM-B 表面温敏长链响应示意图
Fig. 13 Schematic diagram of the temperature-sensitive long-chain response on the surface of NIPAM-B

NIPAM-B 温敏响应机理见图 14。图 14 中，宏 KH570 的脱水缩合作用将 NIPAM 接枝在钠基膨润
观上看 NIPAM-B 悬浮液在室温时处于游离状态， 土表面，制备了智能温敏膨润土 NIPAM-B。采用单
且其表面的温敏分子长链处于舒展状态，此时智能 因素方法对 NIPAM-B 的合成指标进行了优化，并利
温敏膨润土粒子之间相互干扰较小，运动性强，各 用 XRD、FTIR 技术对 NIPAM-B 进行了表征。
膨润土单体间相对自由，受邻近单体影响较少。而 （2）引入 AA 可实现对 NIPAM-B 的 LCST 的调
当温度升高直至超过 NIPAM-B 的 LCST 时，智能 控，得出不同 AA 用量下的 NIPAM-B 透过率会随着
膨润土单体间将会因其表面的温敏长链的剧烈收
温度的升高发生改变，当在达到一定数值后维持稳
缩而相互纠缠，两膨润土单体间的相互运动也将受
定。且 AA 的摩尔分数每增加 10%，NIPAM-B 的
到约束，从而引起膨润土黏度发生转变，最终致使
LCST 将提高 10 ℃左右。
NIPAM-B 悬浮液能够感受温度变化的同时，实现抵
（3）与钠基膨润土基浆相比，NIPAM-B 随着温
抗“升温降稠”影响，达到流变性自调节的目的。
度的升高，流变性相对稳定，且 AV 和 PV 都有所提
高，悬浮性在可控范围内有微小的下降，不影响钻
井液整体温敏性能。
（4）通过硅烷偶联剂 KH570 将钠基膨润土与

图 14 NIPAM-B 温敏响应机理 NIPAM 接枝共聚，制得的 NIPAM-B 具有温度响应
Fig. 14 Temperature-sensitive response mechanism of NIPAM-B 能力，可实现膨润土智能感温能力的可控化，为智

3 结论 能化温敏钻井液提供研究思路。

（1）以钠基膨润土为原料，利用硅烷偶联剂 （下转第 2071 页）