溶液中不同醇及不同水解度聚丙烯酰胺与瓜尔胶高分子之间的相互作用.pdfVIP

摘要 摘 要 瓜尔胶高分子是从两种豆科植物中提取得到的环境友好的天然高分子，分 子结构中甘露糖以1，4-苷键相连形成主链，半乳甘露糖以1，6-苷键和主链相 连，半乳甘露糖与甘露糖的比值接近与 1 比 2。由于瓜尔胶高分子中含有很多 的羟基，具有良好的水溶性和可交联特性，因此在石油钻采、医药、化妆品、 纺织印染、采矿选矿、食品等领域有着非常广泛的应用。考虑到半乳甘露糖基 团在主链上呈随机分布，在含半乳甘露糖比较少的分子链段，分子间以及分子 内氢键作用强烈，由此制约了瓜尔胶高分子的溶解性能和增稠效率。如何对瓜 尔胶高分子链进行分子设计和修饰，提高其溶解性能和增稠效率一直是备受关 注的问题之一。本文将不同的醇和聚丙烯酰胺溶解到瓜尔胶高分子水溶液中， 期待通过引入醇类分子或者聚丙烯酰胺高分子与瓜尔胶高分子之间相互作用来 提高瓜尔胶高分子的溶解性能、增稠效率和使用范围。取得的实验结果如下： 1. 通过测定异丙醇和乙二醇对瓜尔胶高分子水溶液黏度的影响，发现随着 异丙醇的加入，瓜尔胶高分子水溶液的特性黏数逐渐减小，Huggins 相互作用 参数会逐渐增加；与此相反，随着乙二醇的加入，瓜尔胶高分子水溶液的特性 黏数逐渐增加，Huggins 相互作用参数却逐渐减小。醇和瓜尔胶高分子之间缔 合导致高分子链疏水性质和空间位阻效应的改变，是异丙醇和乙二醇对瓜尔胶 高分子水溶液黏度行为影响显著不同的根本原因。 2. 通过测定不同水解度聚丙烯酰胺对瓜尔胶水溶液黏度的影响，发现HPAM 大分子与瓜尔胶大分子摩尔比为1:1时，体系粘度最大，且这个最大值不随HPAM 水解度的变化而变化，在一定的剪切速率范围内，也不随着剪切速率的变化而 变化。这是由于，当HPAM加到瓜尔胶水溶液体系中，两种大分子互相缠结，相 互作用，形成了类似梯形结构的互穿网络，在此结构中，分子间的氢键随着剪 切速率的不断增大，迅速的解离再形成，因此体系能够较好的保持高粘度状态。 3.将以上的实验结果运用到实际的油田高温压裂液的研发当中，并加入一 定的助剂，得到了丰富的实验结果，探索出一种符合要求的耐高温压裂液体系， -1 即在200 ℃、170s 剪切速率下连续剪切 2 小时后，黏度能维持在 80mPa•s 以上 的耐温耐剪切高温压裂液。 关键词：瓜尔胶 聚丙烯酰胺 异丙醇 乙二醇 水解度 I Abstract Abstract Guar gum is a natural and environment-friendly non-ionic polysaccharide produced from the seeds of two annual leguminous plants, Cyamopsis tetragonalobus and psoraloides. The guar gum macromolecule is a chain of (1- 4)-linked β-D-mannopyranose units with α-D-galactopyranose units connected to the mannose backbone through (1-6) glycosidic linkages. The poly-mannose chain is randomly substituted with galactose units at a mannose–to–galactose ratio of 2. Guar gum containing many hydroxyl, be