智能纳米水凝胶的制备及其刺激响应性能和应用研究进展

粒径为1～1 000 nm的智能纳米水凝胶是近年来受到国内外普遍关注的智能聚合物纳米材料。介绍了制备智能纳米水凝胶的4种方法:沉淀聚合/交联法、反相乳液聚合/交联法、自组装/交联法和微模板成型/交联法,评述了这些制备方法的优缺点;同时论述了温度、pH、光、磁场和分子识别等单刺激响应性智能纳米水凝胶以及多重刺激响应性智能纳米水凝胶的研究进展情况;最后简单介绍了智能纳米水凝胶在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、智能微反应器和吸附与分离等方面的应用。     

可控化聚合物凝胶堵漏材料的研究进展

现今钻井过程中的井漏问题严重,聚合物凝胶堵漏材料具有高黏弹性、可变形性的优势。但是,聚合物凝胶堵漏材料成胶不可控,严重制约了其在钻井堵漏中的应用。综述了可控化聚合物凝胶堵漏技术的研究进展、刺激响应聚合物凝胶材料的类型与作用机制及其在可控化凝胶堵漏方面的应用前景,总结出延迟交联、微胶囊化、触变自愈合、剪切响应成胶以及离子诱导成胶等刺激响应聚合物凝胶堵漏材料日益成为现今可控化堵漏材料研究的热点;同时,刺激响应功能聚合物凝胶材料的研究业已成熟,钻井液环境能够提供聚合物凝胶堵漏材料的刺激响应条件。因此,开发刺激响应功能的聚合物凝胶堵漏材料将有利于实现智能化、可控化堵漏。      

智能流体研究进展及其在钻井液中的应用与展望

智能流体作为一种物理性能“可控”的智能材料，在航天、生物、医疗以及微电子等行业得到了广泛应用。根据智能流体响应条件，将智能流体分为了外场可控智能流体(以磁流变流体和电流变流体为代表)和刺激响应可控智能流体(以智能水凝胶为代表)，系统总结了智能流体的流变机理、研究现状，指出将纳米材料引入智能流体是目前研究热点。在此基础上，介绍了可应用于钻井液中的智能流体室内研究进展，分析了智能流体应用于钻井液的可行性。最后结合智慧油田发展需求，提出了开发智能钻井液、研发智能钻井设备以及智能钻井液操控系统是未来智能钻井发展新方向。     

聚合物凝胶堵漏研究进展

聚合物凝胶堵剂在解决钻井过程中出现的漏失现象时,具有高黏弹性、可变形性的优势,综述了常规聚合物凝胶堵剂和“智能”聚合物凝胶堵剂的最新进展。其中,常规聚合物凝胶堵漏材料成胶时间不可控,无法实现高效精准堵漏,而“智能”聚合物凝胶材料能够以多种机理实现高效、精准堵漏,日益成为当下堵漏材料研究的热点。今后,具有刺激响应功能的聚合物凝胶的研究将成为堵漏材料领域的重要方向之一。      

用于CO2地质封存的pH响应型智能凝胶封窜剂 研究进展*

CO_2捕集、利用与封存技术(CCUS)对实现温室气体深度减排具有重要意义,但在其注入和封存过程中,可能发生CO_2的泄露或逃逸。井筒完整性的失效是CO_2泄露的主要途径。目前,提高井筒水泥完整性的技术大多是关于防腐蚀水泥体系的改性或者补注水泥。但注入性更佳、稳定性更强且成本较低的聚合物凝胶,可实现井筒完整性失效的预防及修复。pH响应型聚合物凝胶目前受到广泛的关注,其可以对地层环境的变化做出智能响应;即地层pH发生变化时,水凝胶会吸水膨胀,体积变大,进而实现对完整性失效水泥的有效封窜。本文详细论述了国内外用于CO_2地质封存封窜剂的研究进展,重点分析了pH响应型凝胶的封窜机理和封窜性能,并讨论了其未来发展方向及应用前景。图2参58     

智能凝胶GD-1混堵技术在靖边油田气井的应用

为了解决靖边气田钻井过程中井漏堵漏不彻底、容易出现井漏反复的井下复杂问题,在基于常规堵漏方法的基础上,引进了智能凝胶GD-1混堵技术,通过几口井黄土表层、刘家沟组裂缝地层防漏、堵漏工艺的应用,说明该智能凝胶加强了堵漏浆的溶涨性、滞留性,提高了堵漏成功率,减小了堵漏的反复性,二次堵漏的几率明显降低;同时该智能凝胶还能与水泥浆、桥堵剂等混合使用,采用水泥浆+凝胶、桥堵剂+凝胶也取得良好效果,进而丰富了气田易漏区域的堵漏工艺技术.     

超分子凝胶形成机理及其在油气钻采工程领域应用现状和前景

超分子凝胶是通过非共价键相互作用自组装形成的具有可逆结构与高性能特征的凝胶网络体系。优异的机械性能、环境响应性以及自愈合能力使超分子凝胶在组织工程、生物材料以及工业生产方面起着举足轻重的作用。针对超分子凝胶在国内外的研究现状及应用情况,综述了不同非共价相互作用形成超分子凝胶的机理,并详细阐述了氢键、静电、主-客体以及配位键作用形成超分子凝胶的作用机制和性能特点。结合超分子凝胶的适用性及作用机理,系统介绍了超分子凝胶在钻井堵漏、提高采收率等油气钻采工程领域的应用现状。同时,对不同非共价相互作用形成超分子凝胶的形成机理和应用情况进行了分析总结,明确了目前超分子凝胶存在的关键问题,提出了未来超分子凝胶在油气钻采工程领域的应用前景。     

智能凝胶塞在晋中3井的应用

晋中3井钻至井深2736米时出现2.09米的放空,钻井液失返。采用锯末、复合堵漏剂、大裂隙用堵漏剂等堵漏材料,先后组织20余次不同类型的堵漏作业。经过连续两个月的不间断堵漏,累计漏失量2067方,都未堵漏成功,无法进行正常的钻进。根据晋中3井地层井漏情况,在分析常规堵漏技术缺点的基础上,提出一种新的智能凝胶堵漏技术。对其流变性,成胶时间和成胶强度进行了评价。智能凝胶流变性良好,能够进入各种缝隙和孔洞;具有成胶强度高、成胶时间可控、滞留性好等特点,因此能在漏点附近形成一道防渗墙。智能凝胶堵漏技术在晋中3井进行了现场应用,并堵漏成功。智能凝胶堵漏技术配置工艺简单,有望解决晋中地区堵漏问题,具有广阔的应用前景。     

基于刺激响应型智能纳米反应器的研究进展

根据环境刺激种类的不同,介绍了磁性、pH值、温度、光等响应型聚合物智能纳米反应器,综述了其合成方法、结构特点、各类型刺激响应功能的作用机理,并对其潜在的应用和发展前景做了展望。     

用于CCUS地质封存的CO2响应型智能凝胶封窜体系

为了有效应对封存CO₂后可能会发生的泄漏或逃逸,制备了一种注入性优良、封堵效果良好的CO₂响应型 凝胶,在酸性条件下发生溶胶-凝胶态转变,适用于CCUS地质封存条件以提高井筒完整性。研究了不同的支化 聚乙烯亚胺用量（1.5%～3.5%）、κ-卡拉胶用量（0.4%～0.5%）下CO₂响应型智能凝胶体系的流变性能、微观结构 与封堵性能。研究表明,对于响应前的聚合物体系,剪切黏度随着剪切速率的增加而下降,为假塑性流体,当剪 切速率在100～1000 s^-1时,黏度为2～100 mPa·s,表明响应前的聚合物体系具有良好的注入性。该聚合物体系 遇到CO₂时会发生溶胶-凝胶态转变。响应前聚合物体系在剪切频率为0.01～10 Hz时,模量在10-5～100 Pa 范围 内;而CO₂响应凝胶在剪切频率为0.01～10 Hz时,模量在80～4000 Pa 范围内,通入CO₂气体后的体系模量大幅 度提升。发生响应后,体系具有表面平整、孔径均匀的三维网络骨架结构,使得体系具有较高的强度。岩心驱替 实验结果显示F 凝胶封窜体系（κ-卡拉胶用量为0.5%,支化聚乙烯亚胺用量为3.5%）对CO₂气体的封堵率为 79.7%,对后续注入水的封堵率为99.8%,具有良好的封窜性能。本文为未来CO₂响应型凝胶封窜剂在CCUS地 质封存领域的应用提供了新的技术路线与理论依据。     

水溶性聚酰胺羊毛防缩剂的合成

通过环氧氯丙烷与水溶性聚酰胺树脂的反应 ,合成水溶性聚酰胺 -环氧氯丙烷聚合物 ,并对主要的反应影响因素进行探讨 ,确定了最佳反应条件。合成的该聚合物可用于羊毛防缩     

丁基苯乙烯疏水改性阳离子型丙烯酰胺共聚物的合成

 用自由基胶束聚合法合成了具有良好增粘能力的丙烯酰胺(AM)/丁基苯乙烯(BST)/二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)疏水缔合水溶性共聚物PBAD，考察了反应条件对共聚产物表观粘度的影响。适宜的聚合反应条件为：DMDAAC、BST和引发剂加量相对于单体总量的摩尔分数分别为10%、1.0%和0.14%，总单体和表面活性剂CTAB在水溶液中的质量分数分别为20%和3.0%，反应温度50℃，pH=6~7，反应时间12 h。采用以上反应条件得到PBAD的临界缔合质量浓度1 g/ l和2 g/l的水溶液表观粘度分别为18 mPa.s和 69 mPa.s。采用UV、FT-IR、 1H NMR和DSC手段表征了共聚物的分子结构。DSC结果表明，疏水链段以微嵌段结构的形式分布于PBAD分子中。这种微嵌段结构有利于聚合物分子间的疏水缔合。     

本体聚合法制备高分子减阻剂的特性黏数研究

采用本体聚合法,以TiCl_4/Al(i-Bu)_3为复合催化剂,α-烯烃为单体,合成了α-己烯/α-十二烯二元聚合物(简称高聚物),考察了反应条件对高聚物特性黏数的影响及高聚物共混对共混物特性黏数的影响。实验结果表明,在较佳的高聚物合成条件(主催化剂TiCl_4用量0.08 g、反应温度-5℃、V(α-己烯):V(α-十二烯)=1:3、助催化剂Al(i-Bu)_3用量0.10 mL、反应时间48 h)下,高聚物的特性黏数达到11.10 dL/g;加入少量二苯基二甲氧基硅烷可增大高聚物的特性黏数;共混物的特性黏数均大于单一高聚物的特性黏数;以TiCl_4/Al(Et)_3/Al(i-Bu)_3为复合催化剂时可提高高聚物的特性黏数。XRD和IR表征结果显示,合成的高聚物为结晶度较低的柔性α-烯烃聚合物。     

聚羧酸盐类无磷洗涤助剂的合成与性能研究

以丙烯酸和马来酸酐为单体,以过硫酸钾和亚硫酸氢钠为引发剂,采用水溶液聚合法合成了聚羧酸盐类无磷 洗涤助剂聚丙烯酸钠、马来酸酐与丙烯酸(MA-co-AA)共聚物。考察了链转移剂对聚丙烯酸(PAA)相对分子质量 的影响;研究了单体配比、引发剂用量、聚合反应温度对MA-co-AA助洗性能的影响。     

α-己烯/α-辛烯/α-十二烯三元聚合物特性黏数研究

采用本体聚合法,以TiCl4/Al(Et)3为复合催化剂、α-烯烃为单体,合成α-己烯/α-辛烯/α-十二烯三元聚合物,考察反应条件对聚合物特性黏数的影响。采用FT-IR,1HNMR,XRD等表征手段对聚合物结构进行表征。结果表明,在主催化剂TiCl4用量0.095 g、助催化剂Al(Et)3用量0.12 mL、聚合温度－3 ℃、V（α-十二烯）∶V（α-辛烯）∶V（α-己烯）为4∶2∶1（单体总体积40 mL）、聚合时间48 h的最佳聚合条件下,聚合物的特性黏数达到15.40 dL/g。表征结果表明:聚合物可以看成是拟合成的物质,经乙醇洗涤后可以得到基本不含单体的烯烃聚合物;合成的聚合物为结晶度较低的α-烯烃聚合物。     

负载型高分子钯催化剂的制备、表征及加氢性能研究

首先合成了MgO负载三聚氰胺缩甲醛树脂的复合载体(MEF/MgO),通过与钯化合物作用,制备出高分子负载钯络合物催化剂。利用XRD和XPS对其进行了结构表征,考察了其在葡萄糖与正辛胺反应原位形成的Schiff碱催化加氢制备葡辛胺的催化活性。结果表明,高分子配体与无机载体之间进行了化学复合,高分子与钯之间形成了配位作用。该类催化剂在对葡辛胺的催化加氢制备中表现出了较好的催化活性。最佳的催化剂体系是:复合载体中氮含量为5 58%,催化剂中Pd质量分数为3 58%;最佳的催化反应条件是:添加剂三乙胺用量1 0ml、反应温度333K、反应氢压1 5MPa、反应时间6h、催化剂用量0 7g、反应溶剂乙醇60ml、葡萄糖43mmol、正辛胺31mmol。在此反应条件下,葡辛胺的产率可达57 6%。     

预交联凝胶调剖剂的合成及评价

采用一次投料法合成用作预交联凝胶调剖剂的淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，简化了生产工艺，降低了生产成本；并考察了淀粉、交联剂及添加剂用量对共聚物产品吸水膨胀倍数、弹性及强度的影响。该调剖剂吸水膨胀倍数在20～60之间可调，吸水膨胀后强度大，粘弹性好。调剖驱油实验结果表明，该调剖剂效果良好。     

含磷三嗪环聚合物的合成与表征

以亚磷酸三乙酯、三聚氰氯和无水哌嗪为原料,合成了一种新型的含磷三嗪环聚合物,采用凝胶渗透色谱、傅里叶变换红外光谱、核磁共振对中间体三嗪环磷酸酯和产物含磷三嗪环聚合物的结构进行了表征,并采用热重分析对含磷三嗪环聚合物的热稳定性进行了分析。考察了反应物配比、反应时间、反应温度对三嗪环磷酸酯和含磷三嗪环聚合物收率的影响,得到最佳的反应条件:(1)第一步反应,亚磷酸三乙酯与三聚氰氯的摩尔比为3.2,在室温下滴加亚磷酸三乙酯的时间为3～4h,然后升温至70℃,继续反应6h,三嗪环磷酸酯的收率为86.9%;(2)第二步合成反应,三嗪环磷酸酯与无水哌嗪的摩尔比为1,室温下反应24h,含磷三嗪环聚合物的收率为92.0%。合成的含磷三嗪环聚合物具有较高的热稳定性。     

超强复合高吸水树脂的合成及性能评价

丙烯酸、丙烯酰胺共聚合成了高分子超强吸水树脂,讨论了原料配比、温度、中和度、引发剂用量、交联剂用量对产品性能的影响。得到了最佳聚合反应条件：单体质量比为5：1,反应温度70℃,中和度70％,引发剂用量为单体总量的0．1％,交联剂用量为单体总量的0．01％。在优化条件下制得的产品纯水吸收倍率2653．0g／g,生理盐水吸收倍率137．2g／g,保水性能佳。同时,得出主要实验因素对产品性能的影响,并对产品应答性能进行测试。     

Rheological properties and storage stability of asphalt modified with nanoscale polyurethane emulsion

Nanoscale polyurethane emulsion which synthesized in previous work was used as polymer modifying agent herein to prepare modified asphalt by gentle agitation method. Rheological properties, storage stability, microstructure and polymer dispersibility of WPU-modified asphalt were investigated using dynamic shear rheological (DSR), segregation test, and fluorescence microscopy. Due to the reaction of active NCO groups in WPU and active hydrogen atoms in asphalt, the modified asphalt system can be stable stored at high temperature. In addition, the nano-particle size of polyurethane emulsion makes polymer uniformly dispersed in modified asphalt and work better.