水性丙烯酸树脂黏结剂的制备及其对特种含能纸基材料的增强性能研究

以丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和丙烯酸为单体,甲基丙烯酸缩水甘油酯及N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为功能单体,采用半连续乳液聚合法制备了水性丙烯酸树脂黏结剂。结果表明,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)添加量为11.2%时,乳液平均粒径为172.7 nm,黏度为14.9 mPa·s,并且在100℃下乳液性能保持稳定。接触角及力学性能测试表明,利用水性丙烯酸树脂黏结剂(GMA添加量11.2%)进行浆内施胶,特种含能纸基材料的应力由15.24 MPa增加至33.06 MPa,接触角由108.3°提高到113.3°。

聚丙烯酸酯无皂乳液的构建及对水性油墨性能的影响

以丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、2-甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、乙烯基三异丙氧基硅烷(A-173)为单体,过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)为引发剂,合成了丙烯酸酯大分子乳化剂,再通过无皂乳液聚合法合成了聚丙烯酸酯无皂乳液,将其与颜料等混合制备了水性油墨。采用FTIR、DSC、TEM、SEM对聚合物的结构及性能进行了表征,考察了不同BPO用量对丙烯酸酯大分子乳化剂的影响,不同AA添加量对乳液及水性油墨的影响。结果表明:当BPO用量为单体总质量的4.18%时,丙烯酸酯大分子乳化剂具有最低表面张力40.43mN/m;当AA添加量为单体总质量的1.00%时,聚丙烯酸酯无皂乳液具有合格的储存稳定性,乳胶膜拉伸强度可达5.00 MPa,断裂伸长率为200%,玻璃化转变温度为18.5℃,所制备的水性油墨黏度为23.79mPa·s,附着牢度90.75%,耐摩擦性4.5级。

氧化石墨烯-水性环氧树脂固化剂的制备及性能

首先,将三乙烯四胺(TETA)和氧化石墨烯(GO)球磨,得到TETA改性GO分散液TGO;然后向其中依次滴加双酚A型环氧树脂E44、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TPEG)、甲氧基聚氧乙烯-2,3-环氧丙烷(MEH)和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560),采用原位聚合法合成了氧化石墨烯-水性环氧树脂固化剂(TGO-WPEA);采用上述工艺,不添加GO的条件下制得水性环氧树脂固化剂(WPEA)。将WPEA和TGO-WPEA分别与环氧树脂乳液(Epikote-6520)复合制得水性环氧树脂(EP)和氧化石墨烯改性水性环氧树脂(TGO-EP)防腐涂料。通过FTIR、XPS和XRD对材料进行了结构表征,采用电化学测试和盐雾实验对TGO-EP的防腐性能进行了评价。结果表明,水性环氧树脂固化剂(WPEA)分子通过共价键连接到GO表面,改善了GO在EP中的分散稳定性和接枝率,提高了TGO-EP复合涂料对腐蚀介质的屏蔽性能。与纯EP涂层相比,TGO-EP涂层腐蚀电位从-0.267 V提高到-0.125 V,腐蚀电流密度从5.44×10^(-8)A/cm^(2)减小到1.09×10^(-8)A/cm^(2);浸泡20 d后,TGO-EP仍具有较高的低频阻抗。

MA／AA／AM／AMPS四元共聚物的合成及其对硫酸钙和碳酸钙的阻垢性能

以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,通过自由基溶液共聚合法,合成了MA/AA/AM/AMPS四元共聚物阻垢剂。红外光谱(FT-IR)结果表明共聚物分子链上同时含有羧酸基、酰胺基和磺酸基等基团;扫描电镜(SEM)分析表明MA/AA/AM/AMPS抑制了碳酸钙和硫酸钙垢的生长。探讨了共聚物用量、钙离子浓度、体系pH值和温度对MA/AA/AM/AMPS阻碳酸钙和硫酸钙垢的影响。结果表明,合成产物对碳酸钙和硫酸钙具有优良的阻垢性能,且适用于高温循环水处理。

水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层的制备与性能

为进一步改善水性聚氨酯丙烯酸酯涂层的防腐性能,采用原位聚合法制备了系列水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯(WPUA/GO)复合乳液。利用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱表征了自制GO的结构与形貌;运用透射电镜、扫描电子显微镜分析了复合乳液的微观形貌;并通过耐盐雾试验及电化学工作站测试了涂层的防腐性能。结果表明,通过改进的Hummers法制备出氧化程度高、分散性较好的GO;WPUA/GO乳液粒径随着GO含量的增加呈现先增大后减小的趋势;当GO的质量分数为0.5%时,涂层的热稳定性提高了140℃,耐盐雾时间比纯WPUA延长了10 d,腐蚀电流密度减小了1个数量级。

一种高性能环保型钻井液润滑剂的研究与应用

随着钻井地质条件的日益苛刻,长水平段高摩阻扭矩、深井高温等复杂环境对钻井液润滑剂的润滑性、抗温能力及环保性等提出了较高的技术要求,现有的钻井液润滑剂通常难以同时满足上述需求。笔者通过对环保基础油、润滑改性剂的优选及制备条件优化,研制出了一种高性能环保型钻井液润滑剂HPRH。室内评价结果表明,当其加量为0.5%时,HPRH在淡水基浆及4%NaCl盐水浆中的润滑系数降低率分别达到93.75%及80.64%;可抗温160℃,起泡率低,且无荧光;室内销-盘式摩擦磨损试验结果表明,HPRH的抗磨耐磨效果显著,润滑持效性好,长磨60 min后盘的体积磨损量仅为6.92×10^(-13) mm^3/(N·m)。HPRH在塔里木油田LN区块2口评价井水平井段进行了现场试验,应用结果表明,与现场常用复合润滑剂相比,HPRH表现出显著的高性能特点,润滑持效性良好,用量减少了50%以上,且有效避免了托压、卡钻等井下复杂事故,起到了显著的降本增效效果。

酯基型双子表面活性剂的合成及驱油性能

采用丁二酸酐、N,N-二甲基乙醇胺和溴代烷C_nH_(2n+1)Br(n=10、12、14、16、18)通过两步反应制备了含酯基的阳离子双子表面活性剂[简称为GSn-EG-n(n=10、12、14、16、18)]。利用FTIR、~1HNMR对GS14-EG-14结构进行表征,用表面张力仪、电导率仪、荧光光谱仪(FLD)、光学接触角测量仪和界面张力仪对GSn-EG-n的溶液性质进行测定。结果表明,随着碳链长度的增加,表面活性剂越易聚集缔合成胶束,GS18-EG-18临界胶束浓度(CMC)最低达到2.14×10^(-5)mol/L,GS14-EG-14溶液的表面张力最低降至33.50 m N/m。通过测定不同温度下溶液的电导率,发现其电导率随着温度的升高而增大。乳化性和润湿性测试结果表明,GS14-EG-14乳化系统中,油/水分离时间达到180 min,且在聚四氟乙烯板(简称PTFE)上的接触角为69.3°,说明GS14-EG-14具有很好的乳化性能和润湿性能。GS18-EG-18仅用28 min可以将油/水界面张力降低至8.6×10^(-3)m N/m。GSn-EG-n的最终驱油效率达54.2%。

改性甲基丙烯酸共聚物分散剂对陶瓷复合料浆流变性及坯体强度的影响

烯丙基聚氧乙烯醚与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯可通过自由基共聚获得两亲结构的水溶性高分子MPMA，可作为陶瓷浆料分散剂。研究了MPMA用量对石英／长石／粘土复合浆料流变性及坯体强度的影响，并分析了其原因及分散稳定作用机理。结果表明：MPMA的加入显著优化了料浆的流变性能并提高了成型后陶瓷的强度。在pH值为9～10时，MPMA的最佳用量为0．57wt％（相对绝干浆料），料浆的Zeta电位绝对值由28．5mV升高到65．5mV，零剪切黏度由690．9mPa·s降低到81．6mPa·s，触变面积最小，陶瓷料浆基本呈Newton流动特性，显示了很好的分散性。与添加无机分散剂的陶瓷坯体相比，添加MPMA的陶瓷坯体强度由160MPa升高到268MPa。

GMA改性无溶剂阴离子聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的合成及性能研究

采用原位聚合法,制备得到了无溶剂阴离子聚氨酯/丙烯酸酯(WPUA)复合乳液,系统地研究了GMA用量对WPUA乳液及其膜性能的影响。结果表明,当m(GMA)=10.2%时,WPUA乳液粒径较小且分布窄,平均粒径为141.1nm,且聚合物具有良好的热稳定性,涂膜呈现良好的耐水性和耐醇性,吸水率低至6.85%,涂膜硬度达到2H,附着力达到0级,耐冲击合格。

环氧树脂改性无溶剂聚氨酯-丙烯酸树脂复合乳液及其性能研究

采用原位聚合法,制备得到系列环氧树脂(E-44)改性的无溶剂阴离子聚氨酯/丙烯酸酯(WPUA)复合乳液。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、热失重分析(TGA)、耐介质性及力学性能测试讨论了E-44用量对WPUA乳液及其膜性能的影响。FTIR表明,E-44中的—OH和环氧基都参与了反应。TGA表明,E-44的加入明显改善了涂膜的热稳定性。另外当W(E-44)=7.6%时,涂膜吸水率为6.13%,吸乙醇率为49.78%,呈现良好耐介质性;且涂膜硬度可达2H,附着力达到0级,耐冲击性合格。

聚醚与长链烷烃酯共改性硅油的合成及应用

采用含氢硅油（PHMS）、烯丙基聚醚（FB1000）与不同质量的丙烯酸十八酯（SA）反应制备了具有侧链结构的高分子表面活性剂（PSA）。利用FTIR、~1HNMR、GPC、表面张力仪、动态激光光散射仪（DLS）、荧光光谱仪（FLD）对产物的结构与溶液性质进行了测定。结果表明,随着SA用量的增加,聚合物越易聚集缔合形成胶束,粒径从71.40 nm增加到141.07 nm,粒度分散系数（PDI）增大至0.396,随着疏水基团的增加,溶液表面张力降低至24.20 m N/m,临界胶束质量浓度（CMC）降至0.49 g/L。荧光光谱表明,聚合物溶液浓度增大到一定值时,溶液中会形成疏水微区,第一、第三发射峰的比值（I1/I3）不断减小,达到临界缔合浓度（CAC）后,芘分子会增溶到胶束中I1/I3趋于稳定。破乳实验结果表明,聚合物PSA的破乳脱水率达93%。

聚氨酯/羧基丁苯胶胶乳的表面施胶及其交联对纸张表面强度及耐折度的影响

以聚己内酯二元醇(CAPA)为软缎,甲苯二异氰酸酯(TDI)为硬段,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,采用自乳化法制备了水性聚氨酯乳液,并用此聚氨酯乳液与羧基丁苯胶(XSBRL)以及外加交联剂氮丙啶(aziridine)进行复配制得水性聚氨酯/羧基丁苯胶复合乳液。实验研究了此复合乳液对纸张的表面施胶性能,并优化了合成工艺条件。研究表明,当n能,并且氮丙啶的加入能进一步提高纸张的表面强度和耐折度。

水性异氰酸酯改性石墨烯/聚氨酯复合乳液防腐性能研究

通过逐步聚合反应将异氰酸酯功能化石墨烯(IGN)接枝到水性聚氨酯(WPU)链段中,制备得到水性异氰酸酯改性石墨烯/聚氨酯纳米复合乳液(IGN/WPU)。通过傅里叶变换红外的光谱(红外光谱)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)对氧化石墨烯(GO)、IGN、WPU及IGN/WPU复合材料的结构进行表征,并研究了IGN含量对复合乳液作为金属防腐涂层性能的影响。结果表明,随IGN含量增加,涂层硬度提高,水蒸气透过率下降,防腐效率增大。当m(IGN)=1%(质量分数)时,涂层硬度达到了2H,水蒸气透过率降低到51.98g/m2·h,与空白样相比防腐效率提高了94.70%。

水性聚氨酯/聚乙烯醇复合表面施胶剂在特种纸上的应用

以聚己内酯二元醇(PCL,Mn=1000)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,采用自乳化法制备水性聚氨酯(WPU)乳液,并用此聚氨酯乳液与聚乙烯醇(PVA)以及外加交联剂氮丙啶进行复配制得WPU/PVA复合乳液。实验研究了m(WPU)/m(PVA)对复合乳液性能及纸张表面性能的影响。研究表明,当复合乳液中WPU含量为75%,此WPU/PVA复合乳液具有优异的表面施胶性能,纸张耐折度达到1 025次,干湿强度分别为162.3,57.4N,施胶度达到97s。并通过红外光谱(FT-IR)、动态激光光散射法(DLS)及热重分析(TGA)对聚合物进行了表征。

高性能耐温耐盐阳/阴离子表面活性剂复合型驱油体系性能的研究

采用十六烷基三甲基氯化铵（1631）、仲烷基磺酸钠（SAS60）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）、乙醇和碱剂等制备阳/阴离子表面活性剂复合型驱油体系（CA）,考察了阳/阴离子表面活性剂配比、用量、温度、矿化度等因素对CA性能的影响。实验结果表明,表面活性剂的最佳配比为m（1631）∶m（SAS60）∶m（AEO-9）=1.5∶32∶8;45℃时,CA耐Na Cl达到110 g/L,耐Ca2＋达到5 g/L;对CA含量为0.3%（w）的模拟地层水,在20~80℃下模拟地层水与模拟油的界面张力达到低界面张力范围（0.01~0.001m N/m）,油砂吸附5 d后油水界面张力达0.002 8 m N/m,乳状液静置12 h后析水率仅为25%,在水驱基础上提高采收率11%以上。

PVA作分散剂制备阳离子表面施胶剂的研究

以聚乙烯醇(PVA)为分散剂,苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,通过无皂乳液聚合制备丙烯酸酯四元共聚物表面施胶剂。确定了较佳的合成条件:无皂乳液聚合,反应温度80℃,反应时间5h,ω(DMC)=10%,ω(PVA)=8%,ω(KPS)=0.2%,ω(MAA)=5%,n(BA):n(St)=1.1:1;并通过红外光谱(IR)、动态激光光散射(DLLS)、差示扫描量热(DSC)等对其进行了表征。初步应用实验结果表明,该阳离子表面施胶剂可明显提高纸张的施胶度和表面强度。

KH550交联改性无溶剂聚氨酯/丙烯酸酯乳液的合成应用

采用原位聚合法,合成了一系列γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性的无溶剂阴离子型聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液(WPUA)。重点考察了KH550用量对WPUA乳液及涂膜性能的影响,通过红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、粒度分析仪(DLS)、原子力显微镜(AFM)、吸水率测试等对其相关性能进行了表征。结果表明,KH550反应到聚氨酯链段上且当m(KH550)=1.05%(占整个反应物总量,下同)时,WPUA乳液稳定性较好,平均粒径为104.5nm,其热稳定性也较佳,涂膜表面平坦且较规整,硬度可达2H,耐冲击性合格,附着力达到0级,吸水率低至8.57%。

光固化聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备及对纸张的增强作用

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二元醇(PCL1000)、二羟甲基丁酸(DMBA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)和丙酮等为原料合成了水性光固化聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液,并利用该乳液对纸张进行表面施胶。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)和光散射对乳液的结构进行了分析;研究了n(NCO)/n(OH)比值(R值)对乳液和涂膜耐水性和力学性能的影响,紫外光(UV)固化前后对纸张物理性能的影响。结果表明,当n(NCO)/n(OH)=1.6,m(PETA)=12.6%时,乳液具有良好的稳定性,涂膜呈现良好的耐水性和力学强度,吸水率降至3.66%;UV固化后纸张湿强度提高41.65%,纸张环压指数达到5.25N.m/g。

聚醚改性有机硅表面活性剂的制备及其有机硅乳液的性能

以含氢硅油（PHMS）、烯丙基聚醚（PE）为原料,氯铂酸-异丙醇为催化剂制备聚醚改性有机硅（PMS）表面活性剂;考察了其对不同黏度二甲基硅油（PDMS）的乳化性能;并利用红外光谱、全自动界面张力仪等对其进行表征。通过正交试验确定合成的较佳条件为：m（PE）/m（PHMS）=1、90℃反应5h、催化剂用量（Pt）2.0×10^-3%,该条件下PHMS的反应转化率高达93.5%。PMS的临界胶束浓度（CMC）为8.5×10^-6mol/L,表面张力γCMC为29.5mN/m,对二甲基硅油具有优良的乳化作用。所制有机硅乳液（SAF）对十二烷基磺酸钠起泡体系具有良好的消抑泡性能,且在10-90℃温度范围、酸碱条件下,均可持续保持消抑泡活性。

阳离子型反应活性聚乙烯醇纤维的制备及其增强机理

通过多元悬浮接枝共聚法,以硝酸铈铵(CAN)为引发剂、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能化单体,制备了一种具有反应活性的阳离子型改性聚乙烯醇(PVA)纤维。讨论了DMC和GMA添加量、CAN浓度、H+浓度等对PVA纤维接枝率的影响,以及DMC和GMA添加量对纸张强度的影响。结果表明,当DMC与GMA质量比为2∶3、CAN浓度为8×10-3 mol/L、H+浓度为0.1mol/L时,纤维的接枝率为15.6%,此时纸张获得较佳强度,耐折度为241次,干拉力、湿拉力可分别达到83.10,30.40N,湿强度为36.58%。FT-IR和X射线能谱证实了GMA和DMC在PVA纤维表面发生接枝共聚反应。扫描电镜表明,当DMC与GMA质量比为2∶3时,改性PVA纤维表面形成了沿纤维纵向排列的不规则突起。