高强度酚醛树脂交联剂成胶性能研究评价

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1、高强度酚醛树脂交联剂成胶性能研究评价【摘要】交联剂主要分为有机交联剂、金属交联剂两大类别。传统交联剂体系多为单一体系，某一种交联物质单独与聚丙烯酰胺溶液发生反应形成凝胶，其凝胶特性优越性单一，适用限制条件多，不宜应用于矿场试验。本文从一个新的思路出发筛选出高效交联产品高强度酴醒树脂交联剂，室内试验效果很好，并克服了传统交联剂低温、高矿化度环境下成胶强度低、甚至不成胶、凝胶不稳定易脱水等缺陷。高强度酚醛树脂交联剂是在两种交联剂用量不同条件下相互作用生成类似于金属交联剂性质的物质M和酚醛树脂类交联剂性质的物质N，两者分别

2、与聚丙烯酰胺发生交联反应，两者的协同作用使之形成高质量凝胶，弥补了单一体系的缺陷，使之具有更广泛的适用性。【关键词】酚醛树脂；交联剂；聚丙烯酰胺；凝胶1高强度酚醛树脂成胶机理温度条件30°C,使用矿化度为935mg/L的模拟注入水，在聚合物浓度3000mg/L情况下单独使用交联剂（实验A）和单独使用促凝剂（实验B）进行了实验研究。对于实验A、B，配好原液后静止8天粘度不变化，A、B实验均不存在交联反应，说明只有在交联剂和促凝剂同时存在的条件下，二者发生反应，生成类似于金属交联剂［1］性质的物质（以下命名为M）和酚醛树

3、脂类交联剂［2］性质的物质（以下命名为N）。然后两者分别与部分水解聚丙烯酰胺［3］发生交联反应，两者的协同作用使之形成较好质量的凝胶。交联剂的用量控制M的生成量，促凝剂的用量控制N的生成量。物质N是在交联剂和促凝剂混合后在一定温度下缓慢释放出来的，因而能够起到延缓交联时间的作用。物质N与聚丙烯酰胺的交联过程分诱导期，加速期和终止期［4］。在诱导期，体系的粘度变化不大，主要进行的是分子内的交联反应，而分子内交联会导致体系的粘度下降。而体系的粘度在加速期急剧增加，主要发生分子间的交联反应，三维交联网络开始形成。随后一个较

4、长的终止期，交联速度下降，体系的粘度缓慢增加，并达到一个最大值，化学交联网络也在这个阶段得到增强。金属离子与羧酸基团的络合速度快，以配位键形式（键能较小）交联，而酚醛树脂类交联剂与聚丙烯酰胺中酰胺基交联，以共价键形式交联（键能较大），速度较慢，前段反应时间内主要发生的是络合交联反应，后段主要发生的则是化学交联反应［5］。此体系大量实验表明：物质N具有使聚合物溶液交联滞后，粘度增长变缓的特点，其成胶特性具有较高的柔韧性和粘弹性，刚度较低。物质M能够使聚合物溶液交联速度加快（一般在第1天就开始交联）粘度增长较快，成胶效果

5、具有高强度和高刚度、低粘弹性和低柔韧性的特征。在935水和30°C条件下，交联剂用量较少时成胶强度低，甚至不成胶，原因在于物质N所起作用倾向于在交联剂起作用以后的附加作用即强化凝胶的作用。交联剂浓度过高成胶粘度不会相应提高，主要原因是HPAM中羧基含量一定，没有更多的羧基与物质M反应。聚合物浓度的高低主要决定了形成凝胶的最终强度，总体趋势是聚合物浓度越高，形成的凝胶强度越高。物质N微观交联机理：第一步：苯酚与甲醛进行缩合反应，生成羟甲基苯酚或酚醛树脂，反应方程式如下[6]:■第二步：聚丙烯酰胺与羟甲基苯酴进行缩合，反

6、应方程式如下：■第三步：聚丙烯酰胺与酚醛树脂进行缩合，反应方程式如下：■2地层水条件下不同聚合物浓度时实验设计30°C条件下，用地层水代替不同矿化度水质进行室内试验。2.1聚合物浓度2000mg/L时成胶配方确定14000水30°C下，聚合物浓度2000mg/L的情况下体系的初始粘度为14.7mPa•s,不同交联剂促凝刻配比条件下设置三组实验：实验一、聚合物2000mg/L,交联剂0.2%,促凝剂0.05%。实验二、聚合物2000mg/L,交联剂0.3%,促凝剂0.09%。实验三、聚合物2000mg/L,交联剂0.4

7、%,促凝剂0.13%。成胶过程见下图1。1不同交联剂促凝剂配比条件下体系粘度变化过程Fig.1Viscositychangeprocessindifferentmatchbetweencrosslinkingagentandcoagulant由于主剂聚合物溶液的浓度限制，及高矿化度下聚合物溶液的降粘特性明显（高矿化度下由于静电屏蔽作用聚合物分子链蜷缩严重），宏观上体系初期粘度较低，并且聚合物分子卷曲程度相对较高，导致聚合物分子间距离相对较大，起到交联质点桥梁作用的交联剂不能很好发挥作用，体系成胶时间延长。对于实验三凝

8、胶粘度先增加，维持一段时间后急剧下降，主要原因是由于交联剂和促凝剂用量过多，产生过度交联使之脱水降粘。实验二较之实验一凝胶粘度略有提高，成胶时间显著增加的原因是促凝剂用量偏多，反应过程中产生较多的物质N，利于延缓交联。虽然交联剂用量也略有增加，但由于物质M与N之间存在竞争作用，宏观上以物质N的作用表现明显。整体来看，当主剂浓度为2000mg/L