氟碳疏水締合型陽離子胍膠的制備及其性能研究.pdf

1、氟碳疏水締合型陽離子胍膠（FCGG）是指在胍膠的親水性大分子鏈上通過化學(xué)反應(yīng)接入少量氟碳疏水基團(tuán)而制備的水溶性高分子聚合物，因其克服了普通胍膠在增稠、耐溫、耐剪切及破膠性能上的不足而有望成為新一代廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)的水溶性聚合物材料，特別適合于應(yīng)用在二次、三次壓裂采油領(lǐng)域中。
　　本文以六氟丁醇（FOH）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）為原料合成出中間體含氟單異氰酸酯（FSM），再以FSM和陽離子胍膠（CGG）為原料合成了氟碳疏水

2、締合型陽離子胍膠（FCGG），通過檢測異氰酸根的含量確定了合成的最佳反應(yīng)條件，利用紅外光譜（FT-IR）、核磁共振氟譜（19F-NMR）和X射線衍射（XRD）對FCGG進(jìn)行了檢測表征。利用流變儀、熒光光譜、紫外光譜和動態(tài)激光光散射技術(shù)(DLS)研究了FCGG溶液的疏水締合性能及疏水締合對FCGG粘度、耐溫、耐剪切、模量等性能的影響。同時(shí)將 FCGG與有機(jī)硼交聯(lián)劑（JL）復(fù)配形成凍膠，考察了FCGG凍膠的耐剪切性、耐溫性、凍膠模量和破膠性

3、能。
　　研究結(jié)果表明，采用n(IPDI):n(FOH)=1:1、丙酮為溶劑、二月桂酸二丁基錫（T-12）為催化劑，且催化劑添加量為0.015-0.02wt％，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)4h時(shí)后反應(yīng)生成中間體 FSM。以n(CGG):n(FSM)=1:1，T-12添加量為0.02-0.025wt%，70℃下反應(yīng)6h時(shí)可成功制備出FCGG。
　　FCGG溶液隨著取代度（DS）的變化而呈現(xiàn)出明顯變化。隨著DS增加，F(xiàn)CGG的疏水締合

4、作用越明顯。這是因?yàn)殡S著DS增大，親水大分子中的活性羥基被氟碳疏水基團(tuán)取代程度越高，疏水基團(tuán)由于疏水作用而相互締合形成了更多的疏水微區(qū)，所產(chǎn)生的締合作用也更加明顯。通過表觀粘度測試證實(shí)，隨著 FCGG濃度的增大，溶液表觀粘度呈現(xiàn)上升趨勢，而且存在粘度快速上升過程。熒光光譜測試表明隨著FCGG濃度增加，氟碳鏈迅速增加而形成更多的疏水微區(qū)，F(xiàn)CGG分子間疏水締合作用增強(qiáng)，溶液極性減弱。模量測試和冪律模型表明DS的含量越高，F(xiàn)CGG產(chǎn)生更多的

5、物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，溶液的粘彈性增強(qiáng)，形成凍膠狀液體，證明含氟疏水基團(tuán)自組裝行為使大分子交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，表觀粘度增加。耐溫耐剪切測試證明，隨著剪切速率的增大和溫度的升高，F(xiàn)CGG表現(xiàn)出特殊的粘度變化趨勢，粘度均上升到一定程度后下降。并且隨著DS增大，粘度上升幅度越明顯。紫外光譜和紫外光散射測試表明，相比于 CGG，F(xiàn)CGG溶液中疏水基團(tuán)形成了較多的疏水微區(qū)且紫外吸收增強(qiáng)；DLS則通過測試FCGG的粒徑分布表明FCGG聚集體尺寸分布變寬，且更

6、加分散，反映出其具有較強(qiáng)的疏水締合性能。
　　FCGG與JL復(fù)配交聯(lián)形成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表觀上表現(xiàn)為具有粘彈性的膠凍。結(jié)果表明：相比于 GG和 CGG，F(xiàn)CGG凍膠在耐剪切性和耐溫性方面均有很大提升，F(xiàn)CGG凍膠在170s-1、50℃下剪切約60min時(shí)粘度仍大于100mPa·s，而此時(shí)GG和CGG粘度均下降到50mPa·s。隨著溫度的升高，F(xiàn)CGG粘度下降緩慢，在85℃時(shí)才會發(fā)生突降，與GG和 CGG凍膠相比，F(xiàn)CGG的耐溫性得