在石油开采工业中,钻井液是在旋转钻井中使用的多功能循环流体的总称。钻井液具有携带和悬浮钻屑、平衡地层压力、稳定井壁、冷却和润滑钻具等功能。油基钻井液是以油相为连续相的钻井液。相比于水基钻井液,油基钻井液具有抗温性好、抑制性强、抗盐能力强、润滑性好、利于井壁稳定等优点。片状胶体颗粒在油基钻井液中一般用作增粘剂,是其重要组成部分。但是由于大部分的胶体颗粒表面亲水性强,在非极性介质中难以分散,因此研究非极性介质中片状颗粒的剥离分散以及流变行为具有重要的实际意义。胶体颗粒在非极性介质中形成的分散体系具有可控的流变学性质,可以从简单的粘性流体向具有高弹性模量的类固体凝胶转变。近年来,以球形颗粒为主的各向同性颗粒在非极性介质中的分散得到了广泛的关注并取得深入的认识,但是对棒状、片层状等胶体颗粒研究较少。此类颗粒由于其“面”和“边”不同的结构组成而表现出各向异性特点,不同的排序、取向使得颗粒可以形成不同的聚集结构。因此了解各向异性的胶体颗粒在非极性介质中的相互作用对改善体系的分散性、稳定性以及流变学性质有着重要的意义。层状双金属氢氧化物(简称LDHs)又被叫做类水滑石(简称HTLc),是一类由两种或两种以上金属元素组成的氢氧化物,具有水滑石片层状晶体结构。近年来,人们对LDHs在不同介质中的剥离分散进行了较为全面系统的研究,得到了LDHs剥离行为随着表面活性剂性质、溶剂极性、剥离方式和时间等因素的变化规律,对LDHs的剥离有了比较深刻的认识。但是,我们注意到仍有许多问题需要进一步探讨：(1)之前大部分的研究主要集中在带有极性的介质中,对非极性介质中的剥离研究较少；(2)以往的研究主要集中在剥离过程,而对剥离后LDHs单片层对体系稳定性、流变性质的影响鲜有报道；(3)非极性介质中不同颗粒之间的相互作用及其对体系宏观性质的影响也值得探究。另外,颗粒稳定乳液(Pickering乳液)由于其环境友好、成本低、稳定性强等优点被广泛地应用在食品、医药、原油开采等多个工业部门。W/O型Pickering乳液作为一种非水相胶体分散体系,其稳定性、流变学性质的影响因素也受到越来越多的关注。基于上述背景,本文选取了经过表面活性剂疏水改性的具有层状结构的片状双金属氢氧化物LDHs和液体石蜡、甲苯、白油等非极性溶剂为研究对象。首先,初步探讨了改性LDHs在液体石蜡中的剥离分散情况,同时系统研究了剥离得到的LDH单片层对体系稳定性、流变学性质的影响；在此基础上,我们研究了在非极性介质中剥离LDHs中与有机蒙脱土颗粒之间的相互作用,并对比了剥离和未剥离LDHs稳定的Pickering乳液之间的差异；使用视觉观察、流变测试、光学显微镜、小角X射线散射(SAXS)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)等手段考察了LDH片层剥离后的形貌、体系流变学性质、体系中形成的结构以及稳定的Pickering乳液性质等。另外,通过流变实验、光学显微镜和激光共聚焦扫描电子显微镜(LFCM)等手段研究了Pickering乳液的乳化方法对乳液稳定性、乳液滴形貌等的影响,发现通过超声制备的乳液是由“乳液滴桥连”机理稳定的。本文的主要内容包括以下三个部分：1.层状双金属氢氧化物在液体石蜡中的剥离及其溶胶-凝胶相转变LDHs颗粒片层本身带有结构正电荷,因此使用不同阴离子表面活性剂通过离子交换对LDHs进行插层。表面活性剂的吸附使得LDHs颗粒表面和层间疏水化,层间距变大。本章我们考察了不同改性LDHs在非极性介质液体石蜡中的剥离分散行为。实验结果表明用十二烷基磺酸钠(SDS)改性的LDHs在液体石蜡中能够分散良好并发生剥离。XRD实验发现,剥离分散后SDS-LDHs的谱图中原有的代表层状结构的尖锐衍射峰消失,取而代之的是一个宽泛的衍射峰,这表明LDHs原有的层状结构被破坏。TEM结果进一步证明剥离后体系中存在LDHs单个片层,片层保持其原有的六边形形貌。1LDHs发生剥离后,颗粒片层能够显著地影响体系的稳定性和流变学性质。流变实验结果证明剥离LDHs体系在颗粒浓度达到临界值后,表观粘度开始急剧提高,体系表现出典型的剪切稀释性。随着片层浓度增加,体系由类流体溶胶转变为类固体凝胶。SAXS测试证明体系中剥离的片层与片层间平行排列堆积形成“类晶团”(tactoid)结构,这些“类晶团”结构在整个分散范围内聚集形成三维网络结构,分散体系结构强度增加,因此体系出现溶胶-凝胶的相转变。最后,我们对可能影响LDHs在液体石蜡中剥离程度的影响因素进行分析,发现超声比机械搅拌更有有利于LDHs的剥离；SDS改性LDHs在不同颗粒浓度下的剥离均较成功,随着浓度增加剥离程度略有降低；少量正丁醇的加入能够显著提高LDHs的剥离程度。2.剥离双金属氢氧化物与有机土之间相互作用及其稳定的Pickering乳液研究在实际油基钻井液应用中,有机土蒙脱土(OMMTs)常作为流变助剂提高体系粘度,增强体系的稳定性和携带钻屑能力。在此基础上,我们系统研究了剥离的LDHs式层对OMMTs分散体系稳定性和流变性质的影响,考察了剥离的LDHs片层在油基钻井液中的应用价值,同时探讨了非极性介质中LDHs与OMMTs颗粒之间可能存在的相互作用。实验发现将少量剥离LDHs加入到OMMTs/液体石蜡体系中,混合体系的沉降稳定性、流变学参数(包括表观粘度、储能模量、屈服应力值等)均显著提高。另外,混合体系的流变学参数与LDHs的质量分数x密切相关。当LDHs质量分数为0.1<x<0.4时,流变学参数明显增加；当x在0.2附近时,体系表观粘度达到最高、储能模量值、屈服应力值达到最大；当x>0.4时,各流变学参数逐渐减小。这表明在非极性介质中LDHs片层和OMMTs可以发生相互作用,形成三维网络结构成功阻碍了颗粒的沉降,提高体系稳定性。网络结构的强度与LDHs/OMMTs颗粒的比例相关,在最佳混合比例时,体系中形成的网络结构最为稳定且强度最大,当LDHs颗粒浓度继续增加时,网络结构强度和机械稳定性开始下降。最后,我们考察了剥离的LDHs片层对其稳定的W/O型Pickering乳液的影响。与未剥离LDHs稳定的乳液相比,使用剥离处理后的LDHs稳定的乳液表现出更好的聚并稳定性和沉降稳定性,在较长的时间内体系均没有发生分水分油,乳液滴粒径更小,多分散度更低。这是因为：首先,颗粒经过剥离后片层增多,更多的颗粒片层参与稳定乳液,使得乳液滴粒径减小,多分散度降低；其次,连续相中未吸附在油水界面上的LDHs片层之间相互作用形成三维网架结构,阻止了液滴之间的聚并,提高了乳液的稳定性；此外,剥离导致乳液连续相粘度增加,尤其是颗粒含量高时体系会出现凝胶化,进一步提高了乳液的稳定性。3.超声法制备高稳定高粘度W/O型Pickering乳液乳液的形成是一个复杂的过程,油相、水相、乳化剂(颗粒)以及能量是必须的,且最终形成的乳液性质与乳化方式密切相关。在此本章系统考察了乳化方式对Pickering乳液宏观性质和微观形貌的影响。我们使用疏水改性的LDHs颗粒分别通过超声法和普通乳化机制备了一系列W/O型乳液。通过对比两种乳液发现,通过超声制备的乳液在分散相体积分数低于临界密堆积参数下表现出超常的稳定性和类凝胶性质；而普通乳化机乳化得到的乳液会发生不同程度的分层并表现出流体性质。有趣的是,类凝胶乳液的流变学性质主要受颗粒浓度的影响,其零剪切弹性模量和屈服应力值与颗粒浓度之间存在指数关系而与体系的油／水比例无关,而普通乳液无此性质。通过激光共聚焦显微镜观察发现在类凝胶乳液中存在颗粒桥连现象,即同一颗粒层同时吸附在两个界面上,使得乳液滴粘连在一起,并最终在连续相中形成由乳液滴组成的网架结构。但是在普通乳液中无此现象,其乳液滴是单一、分散的。通过考察两种不同类型的微观结构,我们清楚地认识到乳液宏观稳定性和流变学性质的显著差异是由于两种乳液稳定和产生粘弹性的机理不同。对于类凝胶乳液,其流变学性质可以用渗透理论解释。颗粒桥连使得乳液滴在整个连续相范围内形成由乳液滴组成的网架结构,因此体系强度提高。相比之下,在普通乳液这种均匀的密堆积结构中,其粘弹性的出现主要是由于排除体积效应。我们的发现为在低分散相体积分数下制备高稳定类凝胶乳液的提供一种新方法,并且可以根据需求制备具有不同流变性能的乳液,在实际生产中有广阔的应用前景。