铬型交联剂GJL-Ⅰ的研制及性能评价

2018-07-19刘贵宾史党伟连宇博吕俊华魏亚军

石油化工应用 2018年6期

关键词：成胶矿化度交联剂

刘贵宾，史党伟，连宇博，吕俊华，魏亚军，黄晨

（西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710018）

1 实验材料及评价方法

1.1 试剂及仪器

药品：不同厂家生产的六种国产聚合物（HPAM），均为粉剂，理化参数（见表 1）；NaCl、MgCl2、CaCl2等均为分析纯。

仪器：DHG9123AS型电热恒温鼓风干燥箱，嘉兴市中新医疗仪器有限公司；HJ-6A型多头磁力搅拌器，常州国华电器有限公司；DV3T型选装黏度计，美国brookfield公司。

表1 实验用聚合物理化参数

1.2 实验方法

成胶体系溶液的配制：向250 mL广口瓶中加入200.0 g配液用水，在磁力搅拌下缓慢加入0.4 g聚合物，搅拌2 h后得到基液；然后向上述基液中加入0.4 g交联剂，搅拌均匀，然后密封。

凝胶黏度的测定：将成胶体系溶液配制于250 mL的广口瓶中，置于60℃恒温干燥箱中成胶，并用DV3T型旋转黏度计在60℃和6 s-1条件下测定其黏度。

2 交联剂GJL-Ⅰ的合成

将有机酸加到一个配有温度计、回流冷凝管、热电偶及磁力搅拌器的三口烧瓶中；在搅拌条件下，往烧瓶中加入称量好的重铬酸盐，并使其完全溶解；加入还原剂亚硫酸盐，升温至60℃～90℃，恒温反应6 h～8 h；冷却至室温，往烧瓶中加入称量好的延缓剂和稳定剂，搅拌20 min～40 min，制得有机铬交联剂GJL-Ⅰ。

有机铬交联剂GJL-Ⅰ为墨绿色液体，pH值在6～8，Cr3+含量在 3.5%左右。

3 交联剂GJL-Ⅰ的性能评价

3.1 GJL-Ⅰ的稳定性

将铬型交联剂GJL-Ⅰ在-15℃和60℃条件下交替放置 15 d后进行性能评价[1，2]，评价结果（见表2）。

表2 GJL-Ⅰ稳定性评价结果

从表2可以看出：铬型交联剂GJL-Ⅰ在-15℃和60℃条件下交替放置15 d后，其性能基本没有发生变化，因此该交联剂具有很好的稳定性。

3.2 不同厂家聚合物对成胶性能的影响

使用不同厂家聚合物配制HPAM-交联剂体系，考察了不同厂家聚合物对GJL-Ⅰ成胶性能的影响，实验结果（见表3）。

表3 不同厂家聚合物对GJL-Ⅰ成胶性能的影响

从表3可以看出：GJL-Ⅰ与六种不同厂家HPAM均能发生交联反应，二者反应72 h时所生成的凝胶黏度可达到20 000 mPa·s左右，说明GJL-Ⅰ对国产聚合物的交联性能良好，是一种具有普适性的交联剂。

3.3 聚合物相对分子质量对成胶性能的影响

使用不同相对分子质量聚合物配制HPAM-交联剂体系，考察了聚合物相对分子质量对GJL-Ⅰ成胶性能的影响，实验结果（见图1）。

图1 聚合物相对分子质量对GJL-Ⅰ成胶性能的影响

从图1可以看出：随着聚合物相对分子质量的增加，成胶体系黏度逐渐升高。这是由于在聚合物浓度一定的条件下，HPAM相对分子质量越大，其分子链上官能团数量越多，官能团之间相互碰撞和缠绕的几率也越大，与交联剂形成的体系成胶黏度也就越高[1]。

3.4 GJL-Ⅰ加量对成胶性能的影响

使用不同GJL-Ⅰ加量配制HPAM-交联剂体系，考察了GJL-Ⅰ加量对其成胶性能的影响，实验结果（见图2）。

从图2可以看出：当GJL-Ⅰ加量小于0.4%时，随着体系交联反应时间的增长，体系成胶黏度先升高后趋于稳定；当GJL-Ⅰ加量为0.4%时，体系成胶黏度先升高后逐渐降低；当GJL-Ⅰ加量小于0.2%时，72 h体系成胶黏度小于10 000 mPa·s。因此，一定浓度的HPAM与其反应所需交联剂的量存在一定范围，随着交联剂加量的增加，交联反应速率逐渐加快。只有当交联剂加量在这个范围内时，二者才能形成稳定性较好的凝胶。

3.5 矿化度对成胶性能的影响

使用不同矿化度盐水配制HPAM-交联剂体系，考察了矿化度对GJL-Ⅰ成胶性能的影响，实验结果（见图3）。

从图3可以看出：矿化度越高，HPAM-交联剂体系成胶黏度增长速度越快，并且体系最大黏度也越高；当矿化度高于25 000 mg/L时，体系成胶黏度随时间增长先升高后缓慢降低。这是由于金属离子屏蔽了HPAM分子链上羧基间的静电斥力，导致HPAM分子线团发生收缩，进而交联剂分子不容易进入HPAM分子链内部，发生在HPAM分子内交联概率降低，分子间交联概率增加，黏度增长速度加快[2]。当金属离子含量过高时，HPAM-交联剂反应生成的空间结构变得比较紧凑，并且随着时间的增长，空间结构变得更加紧凑，其中包裹的水会慢慢从网状结构中挤出，逐渐造成脱水现象，从而导致体系黏度降低。