Page 205 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 张雯娟，等: 高耐盐型聚合物的制备及其流变性能 ·2139·

由图 13 可知，聚合物在盐水介质中表现出更好 3 结论
的黏弹性，其中聚合物在质量浓度为 20000 mg/L 的
NaCl 溶液中的黏弹性优于质量浓度为 10000 mg/L （1）将绿色环保、具有螯合性的含双键谷氨酸
的 NaCl 溶液。由图 13a 可知，聚合物在清水中 螯合剂 CH-3 引入到反相乳液聚合中制备一种高耐
1
G′<G″，表现为黏性体；当聚合物溶解在质量浓度分 盐性聚合物。FTIR 和 HNMR 结果证明合成了目标
别为 10000 和 20000 mg/L 的 CaCl 2 溶液中时，G′>G″， 产物；乳液粒径测试结果表明，聚合反应后的乳液
表明聚合物溶液以弹性为主导。由图 14b 可知，聚 粒径分布集中且均匀；SEM 观察到聚合物在盐溶液
合物溶液在清水中聚合物体系是由弹性体向黏性体 中能形成更为致密的空间网状结构。
转变；而在盐水介质中，G′>G″，溶液表现出较好的 （2）触变性能测试结果表明，聚合物 p(AM/AA/
弹性。聚合物在清水中，因无正电金属离子的刺激 CH-3)在盐水中存在应力环，抵抗外部力学作用的能
作用，分子链中的负电基团之间的静电斥力使得分 力明显优于在清水中；耐温测试结果表明，体系具
子链得以舒展，聚合物分子链主要表现为分子内氢 有优异的耐温性能；耐温耐剪切测试结果表明，
键作用。在 NaCl 介质中表现出优异的黏弹性是因 p(AM/AA/CH-3)在盐溶液中 140 ℃剪切后的黏度均
为一价盐离子的正电荷密度较低，对聚合物分子线 大于 50 mPa·s。黏弹性测试结果表明，p(AM/AA/
团影响较小。而在二价盐离子的刺激作用下，打破 CH-3)溶解于一价和二价盐溶液中体系主要由弹性
2+
2+
聚合物分子原本在水中的状态，Ca 、Mg 等阳离 起主导作用，因此，体系具有良好的黏弹性。
子电荷密度相对较高，常规聚合物无法将分子内的 （3）CH-3 的成功引入使聚合物具有优异的流变
性能及耐盐性。因 CH-3 中的羟基与阳离子螯合，
氢键打开导致分子蜷曲，而 CH-3 的引入使得多羟
2+
基位点可与 Ca 发生螯合作用，增强聚合物分子 削弱了金属离子与聚合物分子中负电基团的静电吸
引作用；在高温剪切作用下，聚合物分子链通过断
间作用力及氢键作用，分子间作用力的增强促使
裂分子链间的二次联接和碳链之间的强分子键发生
聚合物分子形成更加致密复杂的空间网络结构，
韧 性断裂 ，体 系具有 更优 的耐温 耐剪 切性；
聚合物溶液的结构黏度增加，弹性变大，G′也会
p(AM/AA/CH-3)在盐溶液中形成了更加稳固规则的
增大。
空间结构，分子间作用力大于分子内作用力，分子
链能够舒展，黏弹性优异。

参考文献：
[1] ZHANG X Q (张秀青), LI W J (李文杰), ZHANG Z (张镇), et al.
Research and application of weighting agent weighting law[J].
Application of Petrochemical Industry (石油化工应用), 2021, 40(8):
111-113.
[2] CAO X Q, SHI Y W, LI W Z, et al. Comparative studies on hydraulic
fracturing fluids for high-temperature and high-salt oil reservoirs:
Synthetic polymer versus guar gum.[J]. ACS Omega, 2021, 6(39):
25421-25429.
[3] XIONG L J (熊利军), WANG L (王犁), WU Y (吴洋), et al.
Preparation and performance evaluation of high temperature resistant
clean fracturing fluid[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2022, 39(1):
204-211.
[4] GAO J H (高进浩), ZHANG G H (张光华), CHENG F (程芳), et al.
Preparation and rheological properties of salt-tolerant hydrophobic
associative polymers[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2019, 36(9):
1936-1942.
[5] YIN X Y (尹晓煜). Synthesis,characterization and performance
evaluation of temperature-resistant and salt-resistant polymers [D].
Chengdu: Southwest Petroleum University (西南石油大学), 2010.
[6] ZHANG X X (张小鑫), LAI X J (赖小娟),TANG M R (唐梅荣), et al.
Preparation and properties of temperature-resistant and salt-resistant
emulsion type fracturing fluid thickener[J]. Applied Chemical Industry

(应用化工), 2022, 51(2): 455-459.
图 14 质量分数为 0.3%的聚合物在清水和 CaCl 2 水溶液 [7] HE L H (何良好). Preparation of polymer thickener and research on
rheological properties of ultra-high temperature fracturing fluid
中黏弹性随频率（a）和应力（b）的变化曲线 system[D]. Shanghai: East China University of Science and Technology
Fig. 14 Frequency (a) and stress (b) scans of mass fraction (华东理工大学), 2013.
0.3% polymer in calcium chloride solution [8] CHE E Q (车二强). Research and application of water-in-oil polyacrylamide
prepared by inverse emulsion polymerization[D]. Xi'an: Shaanxi