【摘 要】
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本文以离子液体的可设计性与可功能化、可聚合性为出发点,设计合成了烯基咪唑离子液体、磺酸咪唑离子液体,双烷基咪唑离子液体,探究了离子液体参与构筑球形凝胶颗粒的方法与影响凝胶性能的因素。本课题拟利用的疏水性离子液体替代传统有机溶剂,降低有机溶剂在参与反应时的挥发带来的危害。使用丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）作为基本反应单体,加入功能化离子液体,利用简化后的复杂微流控技术,并将其与基本的溶液聚合法结合
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本文以离子液体的可设计性与可功能化、可聚合性为出发点,设计合成了烯基咪唑离子液体、磺酸咪唑离子液体,双烷基咪唑离子液体,探究了离子液体参与构筑球形凝胶颗粒的方法与影响凝胶性能的因素。本课题拟利用的疏水性离子液体替代传统有机溶剂,降低有机溶剂在参与反应时的挥发带来的危害。使用丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）作为基本反应单体,加入功能化离子液体,利用简化后的复杂微流控技术,并将其与基本的溶液聚合法结合,以油包水乳液模板为反应模型,利用滴定凝胶法,制备出一系列规整度高且性能优异的水溶性凝胶颗粒。水溶性聚合物凝胶颗粒的吸水性能、耐盐度稳定性、抗压强度等性能可以通过改变添加的功能单体的种类和比例来调控。制备的毫米级凝胶颗粒有望应用于油田开采,也为制备毫米级粒径球形凝胶颗粒提供方法参考。主要研究内容及其相关结论如下:（1）采用一步法,以N-甲基咪唑、N-丁基咪唑,溴代烷烃为原料,在咪唑环上分别引入完全不同长度的直链烷基,制备出了6种具有不同侧链烷基长度的双烷基取代咪唑类目标离子液体,通过FT-IR,~1HNMR两种不同的手段对6种具有不同烷基侧链长度的双烷基取代咪唑类目标离子液体的化学结构进行了表征;并对室温下所制备的离子液体的密度进行测定,探讨离子液体密度与其结构中阴阳离子种类和侧链烷基链长度之间的关系,并根据密度泛函数理论对室温下咪唑离子液体密度以结构中含碳原子个数为自变量建立经验方程,并依据所测密度数据进行测算,得到其经验方程参数,并进行回归,以相对偏差的绝对平均值验证方程的可靠性。（2）以N-乙烯基咪唑,溴乙烷为原料,四氢呋喃做溶剂,制备了烯基功能化的1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐功离子液体,通过FT-IR,~1HNMR表征其结构,测试表征结果:成功制备了1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐离子液体离子液体（[Veim]Br）;采用微流体技术及滴定凝胶法,通过引发自由基聚合,逐渐使液滴固化,以自制的1-十二烷基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐疏水离子液体为滴定反应溶剂,通过共聚反应合成了P（AA-AM-[Veim]Br）球形聚合物凝胶颗粒。发现以离子液体为反应介质,使得制备出的P（AA-AM-[Veim]Br）凝胶颗粒更加接近于理想球形;[Veim]Br用量4%时,P（AA-AM-[Veim]Br）聚合物凝胶颗粒强度增大为33k Pa;通过对P（AA-AM-[Veim]Br）聚合物凝胶颗粒充分溶解之后相关性能（溶解时间、粘度）的测试,发现随着[Veim]Br用量的增多,体系的溶解时间大大缩短,溶解后的混合体系黏度较低（低于70m Pa·s）,具有良好的流动返排性能。基于所制备的聚丙烯酰胺系球形凝胶颗粒的性能,可在油井压裂改造中作为高性能暂堵剂驱油剂使用。（3）以N-乙烯基咪唑,1,3-丙烷磺内酯为原料,四氢呋喃做溶剂采用一步法合成了1-乙烯基-3-丙基磺酸咪唑内盐[Pr SO3]Vim功能离子液体,通过FT-IR,~1HNMR对其结构进行表征,结果表明实验成功制备了1-乙烯基-3-丙基磺酸咪唑内盐[Pr SO3]Vim离子液体;采用微流体技术及滴定凝胶法,添加不同浓度配比[Pr SO3]Vim离子液体为辅助增强材料,通过自由基共聚合,成功构筑出形状比较规整,尺寸比较均一的球形聚合物凝胶颗粒,以离子液体为反应介质,使得制备出的P（AM-AA-[Pr SO3]Vim）凝胶颗粒更加接近于理想球形;通过不同环境下测试,结果证明:[Pr SO3]Vim离子液体的添加,有助于提高聚合物凝胶颗粒的吸水性与耐盐性,且随离子液体的用量增多,凝胶颗粒溶解时间缩短,溶解后粘度较低。基于所制备的聚丙烯酰胺系球形凝胶颗粒的性能,可在油井压裂改造中作为高性能暂堵剂驱油剂使用。（4）基于所制备的聚丙烯酰胺系球形凝胶颗粒的性能及相应的制备技术,利用分子结构设计,采用功能离子液体制备介质,通过微流体技术及滴定凝胶法,开发的两种承压强度、稳定性和凝胶堵水性能智能可控的凝胶,可在油井压裂改造中用作暂堵剂。探讨了球形暂堵剂颗粒在模拟环境中不同运移阶段凝胶行为及堵水性能的变化规律,研究了典型环境中球形暂堵剂颗粒堵水和失效的化学和物理作用本质,发展了适用于典型环境的功能球形暂堵剂颗粒,为更有效利用该类球形凝胶颗粒基暂堵剂材料提供了理论依据,积累了实验数据。
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