【摘 要】
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纤维素纳米纤维（CNF）作为一种新型的纳米材料可作为一种理想的功能材料应用于水凝胶及聚合物的增强,然而传统的水凝胶应用中仅能利用其纳米的互穿网络作用形成的机械增强,纤维在聚合反应过程并不参与共价键的化学反应。油田采油作业中,随着地下开采环境变得愈加复杂,对助剂提出更高的耐温耐盐要求,CNF及其改性物能够显著的改善油田助剂性能。本文主要是对CNF进行双键改性,以及利用改性CNF制备出具有耐温耐盐的油
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纤维素纳米纤维（CNF）作为一种新型的纳米材料可作为一种理想的功能材料应用于水凝胶及聚合物的增强,然而传统的水凝胶应用中仅能利用其纳米的互穿网络作用形成的机械增强,纤维在聚合反应过程并不参与共价键的化学反应。油田采油作业中,随着地下开采环境变得愈加复杂,对助剂提出更高的耐温耐盐要求,CNF及其改性物能够显著的改善油田助剂性能。本文主要是对CNF进行双键改性,以及利用改性CNF制备出具有耐温耐盐的油田助剂,讨论其在作为石油助剂的应用价值。主要的研究内容和成果如下:1.使用丙烯酰氯对纤维素纳米纤丝（CNF）进行改性,得到表面带有双键基团的丙烯酸纤维素纳米纤丝（ACL-CNF）,然后以ACL-CNF为主链,利用水溶液聚合法在自由基引发的条件下与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）等单体进行共聚合成了毛刷状复合物PAADAC。利用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、固态13C核磁共振(13CNMR))对ACL-CNF的结构进行表征;用透射电镜（TEM）,流变仪、旋转粘度计对PAADAC结构和性能进行系统的分析,并通过模拟驱替实验验证了复合物驱油性能。结果表明,ACL-CNF的取代度随着丙烯酰氯的用量增加先增大再减小,当比值为3:1时取代度最大为2.31;PAADAC与PAAD（无ACL-CNF）相比表现出较强的黏弹稳定性、耐温抗盐性（100℃时黏度保留率为58.24%,矿化度为20 wt%时黏度保留率为44.32%）;模拟驱油实验中发现相对于水驱来说,该复合物可提高采收率8.83%（复合物浓度2 wt%）。2.以丙烯酸纤维素纳米纤丝（ACL-CNF）为复合物骨架,在过硫酸铵（NH4）2S2O8为引发剂下与丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）通过反相悬浮聚合方式制备出复合水凝胶微球P（AAACC）。对P（AAACC）的聚合过程、微观形态、溶胀性、机械强度以及耐温耐盐性进行了研究。结果表明:在盐浓度为10 wt%时平衡溶胀倍率为13.59 g/g,在120℃时平衡溶胀倍率为30.15 g/g,与未添加ACL-CNF的普通水凝胶相比分别提高了2.63倍和3.15倍;复合水凝胶颗粒在压缩比为85%时恢复性为84.8%,而普通水凝胶已经出现破裂;利用TG-DTG分析可以看出ACL-CNF与单体之间发生了共聚反应,并且热稳定性得到了提升;在高温高盐下老化7天,复合水凝胶颗粒的保水率为92.1%与普通水凝胶相比提高了11%,机械强度在去离子水和盐水中分别提升了2.5倍和2.79倍。3.以制浆预水解液为原料与AM、ACL-CNF进行交联聚合形成互穿网络凝胶。利用预水解液中半纤维素的多糖结构,与AM形成多重交联,从而增加水凝胶的耐温性和韧性。聚合过程利用水溶液聚合法在自由基引发下制备出耐老化、机械性能高、粘附性强的预水解液/ACL-CNF/AM复合水凝胶。通过液相定量分析预处理后预水解液糖类含量,红外光谱定性分析预水解液中主要成分,结果显示预水解液主要成分为木聚糖;通过质构、拉伸和压缩分析得出预水解液/ACL-CNF/AM复合水凝胶与预水解液/AM水凝胶相比,拉伸应力提高了2.5倍,压缩应力提高了2.15倍;粘附实验验证了复合水凝胶有较强的粘合性能,最后对水凝胶在120℃和5 wt%的盐浓度条件下老化7天,两种水凝胶的膨胀倍率都是先增大后减小,其中添加ACL-CNF的增强水凝胶老化7天后还具有较高的机械强度。
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