巨型表面活性剂强化泡沫封堵性能研究

泡沫驱是一种重要的提升原油采收率技术。通过多重点击反应,采用一锅法合成了一种巨型表面活性剂类稳泡剂HPOSS-PS 25,利用HPOSS-PS 25较高的表面活性及较强的增黏性能,显著改善了起泡液的起泡性能及其泡沫稳定性、黏弹性。通过稳泡实验及泡沫流动实验测定并分析了HPOSS-PS 25对起泡液起泡能力及泡沫稳定性、调驱性能的影响。结果发现,与HPAM/SDS泡沫及起泡体系相比,HPOSS-PS 25/SDS体系起泡200 mL所用起泡时间缩短了40.1%,为42.3 s;泡沫消泡半衰期提升了128.0%,达871.4 s;50℃阻力因子提高了28.8%,达985。

巨型表面活性剂的溶液自组装

两亲性化合物的溶液自组装可形成有序的纳米结构,在纳米科学、生物载药、光电子等领域有着巨大的应用价值。近十年来,以具有三维刚性结构的分子纳米粒子为结构基元,研究者发展了一种分子尺度介于小分子表面活性剂和两亲性嵌段共聚物之间的两亲性化合物——巨型表面活性剂。巨型表面活性剂通过高效的“点击”化学连接亲水的分子纳米粒子头和疏水的聚合物尾链,具有精准的化学结构和灵活的分子构型可调节性。文中系统总结了巨型表面活性剂在溶液自组装方面的研究进展,从自组装体的形成机理角度,阐述了在溶液中巨型表面活性剂的自组装体的形成和演化。通过精准调控巨型表面活性剂的化学结构、分子构型以及实验条件可以得到丰富多样的有趣的自组装结构,这种自下而上构筑有序纳米结构的方法,为纳米技术的应用提供了多样化的材料库。

基于分子纳米粒子的巨型分子

本文聚焦于一类非传统的高分子结构,也即基于分子纳米粒子(或称纳米原子,nano-atoms)的巨型分子(giant molecules)。分子纳米粒子是具有确定化学组成、分子对称性和表面官能团的三维刚性笼状骨架结构。巨型分子是利用分子纳米粒子基元构筑的具有精确结构的高分子。受到蛋白质中结构域概念的启发,我们提出经过表面官能化修饰的分子纳米粒子可以作为合成高分子的结构域和功能域,通过逆功能分析,结合包括点击化学在内的高效化学反应,来实现巨型分子的快速模块化合成、可控组装和功能评估,并利用其中得到的构效关系,更为系统地理解材料的性质和指导材料的进一步优化设计。同时,这种新型高分子也可被看成是尺寸放大的小分子。它的许多有趣的自组装行为和相应小分子既有相似之处,又有截然不同之处。比如,巨型表面活性剂在溶液中能像小分子表面活性剂一样组装成为尾链被拉伸的胶束,在本体中则像嵌段聚合物一样形成纳米相分离的结构。这些组装展现出对于一级化学结构不同寻常的敏感性,并容易形成一些非传统的罕见相态,包括Frank-Kasper相态、在低分子量层状晶体PEO中出现的非整数折叠以及在溶液组装中出现的多级结构。因此,我们认为巨型分子作为功能材料在将来的技术领域中将具有广阔的应用前景。