聚合物溶液流变性

聚合物溶液的流变模式

聚合物流变性是指其在流动过程中发生变形的性质，主要体现在有外力场作用时，溶液粘度与流速或压差之间的变化关系。高分子的形态变化导致了聚合物溶液宏观性质的变化。聚合物溶液是非牛顿流体，其流动行为可用Ostwald-Dewael幂律方程[56]来描述：

根据流体力学对液体流型的分类，驱油用的部分水解聚丙烯酰胺溶液属于假塑性流型，即表观粘度呈现剪切稀化现象。在低剪切速率下，溶液的流变曲线斜率n=1，符合牛顿流动定律，称为第一牛顿流动区，该区的粘度通常称为零切粘度η0，即γ&→0的粘度。随着剪切速率的增大，流动曲线的斜率n<1，称假塑性区，该区的粘度为表观粘度ηa；剪切速率的增大，表观粘度ηa值变小，其表观粘度与剪切速率呈幂指数关系。在假塑性区，剪切速率与表观粘度的关系可用Ostwald-Dewael幂律模型来描述。

HPAM水溶液的完整的流变曲线如图2-1所示。流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和降解段。粘度随剪切速率的变化与高分子在溶液中的形态结构有关。在很小的剪切速率下，大分子构象分布不改变，流动对结构没有影响，聚合物溶液的粘度不随剪切速率的变化而变化，此即牛顿段；当剪切速率较大时，在切应力的作用下高分子构象发生了变化，长链分子偏离平衡态构象，而沿流动方向取向，使聚合物解缠和分子链彼此分离，从而降低了相互运动阻力，这时表观粘度随剪切速率的增加而降低。当剪切速率增加到一定程度以后，大分子取向达到极限状态，取向程度不再随剪切速率而变化，聚合物溶液遵守牛顿流动定律，表观粘度又成为常数，此即所谓的极限牛顿段。当剪切速率再增加时，主链的相邻键偏离了正常的键角，从而产生了弹性恢复力，而表现出粘弹性，使表观粘度增加。当剪切速率增加到足以使高分子链断裂时，发生能了聚合物降解，使聚合物粘度降低。

另外，随着剪切速率的增加，ηa下降，开始时ηa下降很快，随后变得缓慢，逐渐趋于平缓，进一步说明了HPAM属于假塑性流体。Mooney方程可解释这一现象，体系的表观粘度ηa与粒子的内相体积Vi、堆积系数υ和形态常数ke有如下关系：

在剪切力作用下，粒子发生形变，ke变小，υ变大，导致ηa变小。在力的作用下粒子保持稳定的形状时，ηa基本不变。另外，由于HPAM分子链上的-COO-基团会与溶液分子产生溶剂化作用以及氢键作用，在HPAM无规则线团与介质水的两相界面上形成水化层。剪切速率增大时，这些水化层受到破坏，从而HPAM无规则线团的相对运动变得比较容易，表现出aη下降；剪切速率增大到一定程度后，水化层完全被破坏，ηa不再继续降低。

由以上论述可知，聚合物溶液在地层中的剪切速率γ是十分重要的，知道了γ的值，可估算出聚合物溶液在油层中的工作粘度，下面介绍几中常见的计算剪切速率的方法：

2.2影响聚合物溶液流变特性的因素

聚合物溶液通常具有高粘性，这是它的主要特征之一。产生高粘性的原因有三：

1）聚合物的分子所占体积较大，阻碍了介质的自由移动；

2）大分子的溶剂化作用，束缚了大量的“自由”液体。大分子链在溶液中呈规则松散线团状存在，线团内充满溶剂，大分子又具有很厚的溶剂化膜，致使水动力学体积庞大，流动阻力大；

3）大分子间的相互作用。当聚合物溶液达到一定质量浓度后，由于分子链很长及分子间的作用力，使分子间发生缔合或相互缠结形成一定的拟网状结构，因而溶液的流动阻力增大。影响以上三个因素的参数，如质量浓度、含盐质量浓度、聚合物类型、相对分子质量等，均会导致溶液的粘度变化，现分别讨论如下。

（1）聚合物质量浓度对聚合物溶液流变特性的影响

随着聚合物溶液质量浓度增加，表观粘度ηa增大，HPAM溶液的非牛顿性越强。HPAM溶液的质量浓度越大，τ越大，油-HPAM溶液界面作用力越大，越有利于驱动水驱后残余油；（2）相对分子质量对聚合物溶液流变特性的影响

由于在HPAM长链大分子上有大量强极性的—CONH2和—COO-Na+侧基，具有很强的氢键作用，在大分子间形成物理交联点，使之具有空间网状结构。随着聚合物相对分子质量的增大，

大分子链越长，分子链越容易缠结，网状结构就不容易被破坏，所以ηa随相对分子质量的增大而增加。

另外，随着相对分子质量增大，ke增加，而n降小，这是因为ηa随相对分子质量的增大而增加，随着ηa增大，ke增加，而n降小，符合非牛顿流体的规律。

因此，在注入能力允许的范围内，聚合物相对分子质量越大对驱油效率越有利。因为分子质量越小，HPAM溶液的ηa小，则使原油的粘度与HPAM溶液的粘度比值变大，即流度比（M）变大，容易发生粘性指进现象，使驱油效率下降。反之，相对分子质量越大，τ越大，油-HPAM 溶液界面作用力越大，越有利于驱动水驱后残余油；

（3）矿化度对聚合物溶液流变特性的影响

表观粘度ηa随着矿化度的增大而降低，原因是在HPAM水溶液中，-COO-Na+基团上的Na+发生电离，使基团呈负电性，-COO-基团间的相斥作用使高分子链的构象比较舒展，线团尺寸较大，因此使流动阻力增大，粘度增大。当溶液中加入盐后一部分阳离子相对集中在-COO-的周围，遮蔽了有效电荷，使阴离子的排斥作用引起的链的扩展作用减弱，分子链的蜷曲作用增强，使线团尺寸缩小，流动阻力减小，所以ηa随着矿化度的增大而降低。n随矿化度的增大而增大，是由于盐会削弱大分子之间作用力，减少了大分子之间的网状结构；HPAM溶液在驱油过程中，由于地层水中经常含有一价阳离子（Na+）和二价阳离子（Ca2+）等，它们对HPAM溶液的流变行为影响较大，使得HPAM溶液的ηa急剧下降，因此会使驱油效率大幅度下降。矿化度的增大，HPAM溶液的τ越小，油-HPAM溶液界面作用力越小，越不利于驱动水驱残余油。

3.1聚合物粘弹性概述

粘弹性定义：

典型的粘性体服从牛顿流体定律，应力与应变速率dε/dt呈线性关系，即σ=μdε/dt，用积分表示，则ε(t)=tσ/μ，粘性物体受到切应力后，所产生的应变不仅与应力大小有关，而且随时间变化。

典型的弹性体服从虎克定律，即σt=Gε，应力与应变之间存在线性关系，即物体受应力时立即产生应变，应变的大小不随时间改变，只与应力大小成正比。

粘弹性流体与粘性流体主要区别：①粘弹性流体可以“拉动”其后面的流体；粘性流体只能“推”，不能拉。②去掉外力后，弹性体可以全部恢复其形状；粘弹性流体可以部分恢复；粘性流体不能恢复。③在外力作用下，流体会产生与外力方向相同的变形（或位移）；弹性体和粘弹性流体除产生上述与外力同方向的变形（或位移）外，还会产生一个与外力方向相垂直的力，即法向力，使粘弹性流体各方向上的应力不相等，产生法向应力差。拉伸时，与拉伸方向（主应力）相垂直的应力小于主应力。流体运动时的流体方向就相当于拉伸方向。根据水力学的原理，粘性流体各方向上的应力相等，因此不会产生法向应力差。与普通的牛顿流体的层间粘性切应力相比，粘弹性流体则会表现出不同的力学行为。在流动过程中，粘弹性流体会由于微观结构的原因表现为各向异性，产生非等值的法向应力分量（法向应力差非零）。法向应力差会引起Weisenberg爬杆效应及Fano无管虹吸现象等。

高分子聚合物溶液的应力-应变关系往往偏离牛顿流体定律和虎克定律。聚合物溶液的流动行为显示出非牛顿性，并且与时间存在很强的依赖关系，即表观粘度不仅随剪切速率而变化，而且随时间而变化，这是流动过程中兼有弹性形变所致。聚合物的力学行为显示出非虎克弹性，即应变随时间而发展，这是因为形变过程中残留有永久形变之故。

聚合物分子链的平衡态是一种无规构象[57]，因此只要与无规构象不同的任何变形，如在流动着的流体中由于粘性阻尼所发生的形变，都会使分子链的熵减小，从而产生弹性力。

对于溶液中聚合物分子孤立链，无规线团是柔性的。考虑到聚合物分子链内部运动和聚合物

分子形状变化，除改变阻滞力外，还会引起一种弹性力，流动停止时，聚合物分子链还要恢复到它球形无规状态。高分子聚合物溶液的力学行为总会在不同程度上表现出弹性和粘性的结合。形变过程中，弹性和粘性两种不同机理的形变总是并存的。这种由粘性和弹性集于一身的特性，称为粘弹性，它是高分子聚合物溶液的重要特性之一。与之相关的现象不胜枚举，如聚合物溶液的Weisenberg爬杆现象、挤出胀大、Fano无管虹吸、连滴效应等。

高分子聚合物溶液出现表观粘度与牛顿粘度的偏离本身就是流体弹性的表现。在很多现象中可以观察到聚合物溶液的弹性行为，如：流体的弹性回缩、出口膨大效应以及爬杆效应等。

3.2聚合物粘弹性对驱油效果的影响

众所周知，要想提高岩芯的微观驱油效率，依据牛顿流体岩芯驱替实验所完善建立的毛管数与采收率关系，毛管数的增加值要在数千倍以上才能实现提高采收率的目的。但聚合物驱与水驱相比，增加幅度通常小于一百倍，多数人由此认为聚合物驱既不能提高微观驱油效率，又不能提高采收率。而新近的大量研究成果认为聚合物不但能构扩大波及体积，而且还能够提高微观洗油效率，从而驱动不同类型的残余油提高采收率。通过实验室岩芯驱油实验，对水驱后的不同残余油类型进行了研究，并将残余油的类型[58]划分为:

（1）岩石表面的油膜；

（2）“盲端”状残余油；

（3）毛管力作用下的孔喉残余油；

（4）岩芯微观非均质部分未被波及的残余油。

由实验室测得的聚合物溶液的粘弹性表明[43]，随着剪切速率和相对分子质量的增加，弹性模量增加。在高相对分子质量、高注入速度的条件下可以获得较高的采收率。采收率的提高主要归咎于粘性与弹性的增加。低渗透率、高注入速度下的岩芯驱也可获得较高的采收率值。原因是相同注入速度下，低渗透率岩芯具有较高的剪切速率[γ∝(1/kυ)]，由此使聚合物溶液表现出较高的弹性。最新的研究认为，正是由于聚合物溶液的高弹性较大幅度地降低残余油饱和度，因此，聚合物溶液的弹性是使残余油饱和度显著降低的主要因素。而且其在孔隙中的速度分布与牛顿流体有很大不同，在驱替不同类型的残余油时，表现出很强的“拉、拽”作用[3]。研究证实了微观驱油效率的提高与聚合物溶液的弹性有关。不同性质的聚合物溶液具有不同的弹性。选用不同的聚合物驱油时，其提高采收率幅度的差异可高达6%OOIP以上。

在聚合物驱油过程中，扩大波及体积和弹性对提高驱油效率的作用大约应各占50%。而在多数矿场聚合物驱方案设计时着重考虑了聚合物溶液的粘性，而忽略了弹性对提高聚合物驱油效率的作用，因此，为提高化学驱的采收率，除了考虑聚合物的粘性作用外，还应该考虑驱替液的弹性的作用，但聚合物的选择和配制应遵循下述原则：

(1)尽可能使用低矿化度的清水配制聚合物溶液；

(2)尽可能使用高相对分子质量聚合物；

(3)尽可能使用高浓度的聚合物(要考虑聚合物注入井的注入能力)；

(4)研制开发在高矿化度、高温、高剪切条件下，仍具有很高弹性的新型聚合物。

如果增加驱替液的弹性，那么，化学驱的采收率幅度会显著增加，经济效益会更好。

另外，聚合物溶液的粘弹性还具有调整吸水剖面的作用。韩显卿提出的滞留聚合物分子粘弹恢复效应调剖技术[51]，其机理是当低吸附性能的柔性聚合物分子通过岩芯时，因机械捕集作用而使大分子滞留于孔喉处。在较高流速条件下，通过孔喉的聚合物分子和滞留分子都将因流线收缩而产生拉伸应力，分子被拉长；但当流速降低时，又将因拉伸应力降低而进行形变回复，分子趋于成蜷曲的球状。孔喉尺寸随分子蜷曲而变小，从而改变岩芯的微观孔隙结构，渗透率进一步降低。根据这一调剖原理和方法，不仅能有效地降低高渗层的吸水能力，同时能显著提高低渗层的吸水能力。由于粘弹效应调剖是有效地利用孔喉处的滞留聚合物来

降低渗透率，与交联调剖方法相比，预期达到相同的调剖效果，使用的聚合物更少，由于不使用交联剂，从而降低化学剂费用和简化注入工艺。

非均质物理模型驱替过程的核磁成像结果表明[19]，聚合物溶液可以较大幅度降低高渗层的液体推进速度、调整吸液剖面，并且直观地表明低渗层与高渗层间存在“窜流”现象。

2、动态力学实验的结果显示，聚丙烯酰胺、梳形、缔合型聚合物溶液的储能模量和耗能模量随频率的增加而增加，浓度越大，储能、耗能模量曲线的交点越靠近低频率端。稳态剪切实验结果显示，随着剪切速率的增加，三种聚合物溶液的粘度呈幂律规律降低，第一法向应力差呈线性规律增加。聚合物溶液的粘弹性与分子量和溶液质量浓度成正比。

5.粘弹性聚合物驱提高微观驱油效率的机理是，聚合物溶液在孔隙介质中由于流线改变可以产生微观驱动力。微观力的大小与驱替液的弹性有关，具有如下特点：只要有少部分突出部位被微观力推动就可能可观地提高采收率；即使微观力比宏观压力梯度小也可能使残余油团移动；由流线改变而产生的微观力不影响宏观压力梯度；宏观力不变条件下，微观力可以变化；粘弹性流体驱时，微观力为独立变量；现有条件下，微观力

3、非均质模型中聚合物的驱油效果明显好于水驱，原因是聚合物溶液对地层起到了封堵作用，提高了水驱的波及体积，不同浓度的聚合物驱油规律基本一致，高浓度聚合物溶液在地层中起到了明显提高采收率作用。

4、聚合物溶液在实验浓度范围内呈现出剪切变稀的流体特性。1600mg/L是高低浓度的分界线。高浓条件下溶液随剪切速率增加粘度下降幅度变大。

5、在低浓度时，聚合物溶液的弹性模量和损耗模量随聚合物浓度的变化较小，但是在高浓度时，弹性模量明显增大。聚合物必须在达到一定的浓度后，弹性才会发挥作用，对驱油贡献的比例在1%左右。

6、驱油实验结果表明，渗透率对不同种类聚合物的影响一致:随渗透率降低，聚合物驱油效果变差。

聚合物驱能够比水驱提高最终采收率的主要原因是提高了中、低渗透层纵向和平面波及面积

当聚合物溶液段塞注入地层后首先进入到压力较低的高渗透层，随着聚合物溶液在孔隙介质中滞留的增加，高渗透层渗流阻力增加，迫使部分注入的聚合物溶液进入到中、低渗透层中，在聚合物溶液段塞之后注常规水，水相渗透率能有效降低，从而注入水沿高渗透层的“舌进”和“指进”现象得到有效地抑制，迫使注

入水进入中、低渗透层，有效地推进中、低渗透层的油水前缘，提高了中、低渗透层的吸水能力，这样，主要吸液部位开始从高渗透带转向层内和层间低渗透带或薄层，吸液剖面改善，从而扩大了波及体积[36-37]。对于平面非均质差异大的油层，聚合物溶液进入高渗透条带后流动阻力的增加迫使聚合物溶液进入两侧的中、低渗透带，起到防止水流指进的作用，任何一种粘性流体都存在这种作用

由于聚合物溶液在岩石表面上的吸附，降低了驱替相渗透率，减小了油滴或油段的运移阻力，即降低了油相的渗流阻力，使得油相的运移速度加快。同时，由于聚合物溶液的较高粘滞力的作用，使得其很难沿孔隙夹缝或水膜窜进，在孔道中以活塞式推进，克服了水驱过程中产生的“海恩斯跳跃”现象，避免了对油滴所造成的捕集和滞留。并且，由于聚合物有改变油水界面粘弹性的作用，使得油滴或油段易于拉伸变形，容易通过阻力较小的狭窄喉道，从而提高驱油效率[44]。可总结为以下三条：

1、聚合物溶液为粘弹性流体，在运动中表现出法向应力，法向应力方向与流动方向一致，因此水驱不能驱走的残余油能够被聚合物溶液驱替出来，从而提高驱油效率。

2、聚合物溶液与油的界面粘度远远大于水与油的界面粘度，而剪切应力与界面粘度成正比，聚合物溶液比水具有更大的剪切应力，因此聚合物表现出更大的携带油的能力，从而提高驱油效率。

3、聚合物分子带有负电荷，而砂岩表面带有正电荷，聚合物分子总是力图占据颗粒的表面，促使油离开颗粒，从而提高冼油效率。

对于同一种聚合物溶液，其储能模量和损耗模量曲线都有一个交点，当角频率低于该交点处的角频率时损耗模量大于储能模量，说明溶液的粘性效应大于弹性效应；反之，储能模量大于损耗模量，弹性效应为主。这是因为当施加于溶液的角频率较小时，大分子线团有充足的时间改变构象，摆脱缠绕，缓慢和相互超越地流动，同时，聚合物分子链的弹性拉伸可在流动中逐渐恢复。因此，溶液的粘性占优势，弹性不明显。而角频率较大时，弹性变形能大部分储存在体系内部，粘性损耗的能量相对较少。

阳离子聚合物凝胶堵水剂研究

抗盐抗温堵水剂研究 1.1 油田堵水剂概述 随着油田的日益开采, 水的组分在所开采的石油中所占的比例越来越大。油井出水，将直接造成产量的下降。地层能量的损失和注水的强度加大，以及设备管网的腐蚀加剧等危害，造成巨大的经济损失，使开发效益受到严重的影响, 油田堵水在油田开采过程中显得非常的重要。 堵水包括水井调剖和油井堵水。在地壳中，地质的不均匀性使注入水沿高渗透孔道突入油井，为了减少渗透，必须封堵这些高渗透层。从水井封堵地壳高渗透层时调整注水层的吸水剖面，这种方法称为水井调剖。从油井封堵这些高渗透层时，可减少油井出水，这种方法称为油井堵水。无论是调剖还是堵水，目前行之有效的方法都是使用化学试剂，在油井堵水过程中所使用的化学试剂称为油井堵水剂。 油井堵水剂是指从油井注入能减少油井产水的化学试剂，经过几十年的发展，堵水剂已成系列。按工艺可分为单液法堵水剂和双液法堵水剂；按形式可分为冻胶型、凝胶型、沉淀型和胶体分散体型；按苛刻条件可分为高温、大孔道、低渗透层、高矿化度地层型等。 1.2 堵水剂研究的意义 油井出水是油田开发过程中不可避免要遇到的问题。油井采出液所含的水来自注入的驱替水、储油区的边水、储油圈闭中油层以下的底水。驱替水和边水的窜流最好用深部调剖技术，但该技术还不够成熟，因此从生产井封堵高渗透层的堵水技术仍是不可缺少的方法。对于底水推进的问题，最好用推进处建立水油隔板的方法解决。油井出水会造成很多危害：消耗地层能量，减少油层最终采收率；降低抽油井的泵率；使管线和设备的腐蚀与结垢严重；增加脱水站的负荷；若不将脱出的水回注，还会增加环境污染，因而降低采出液的出水率有其重要的意义。如果油井有缺陷使得产量很低，那么堵水处理从工艺和经济上就会很有效。该工艺是一个极大增加原油产量、降低操作费用的方法。国内外都十分重视油田堵水工作。国外将堵水作为三次采油前地层的预处理措施，中国则将堵水作为控水稳油的重要手段。但需要进行调剖、堵水的油藏地层通常具有高温、高压、高盐和

试验十八流体流变性质的测定-沈阳药科大学

实验十八流体流变性质的测定 一、实验目的 掌握流体流变曲线的测定原理及方法。 二、实验指导 在适当外力的作用下，物质所具有的流动和变形的性能，称为流变性。量度物质流变性最常用的物理量是粘度。 流体分为牛顿流体和非牛顿流体两大类。 牛顿流体表现为切变应力与切变速度成正比，即： F/A=η·dν/dγ 式中F/A-切变应力，dν/dγ-切变速度，η为粘度系数或粘度。 对于某一特定液体，粘度为一常数，这是牛顿流体的特征，如水、甘油、糖浆都属于牛顿流体。测定牛顿流体粘度常用的仪器有毛细管粘度计（平式和乌式粘度计）和落球粘度计。 非牛顿流体不符合切变应力和切变速度成正比的关系，其粘度是随切变应力的变化而变化的。如高分子溶液、溶胶、乳浊液、软膏及一些混悬剂等，均属于非牛顿流体。 把切变速度（D= dν/dγ）随切变应力（S=F/A）而变化的规律绘制的曲线称为流变曲线。牛顿液体流变曲线是通过原点的直线，可以用一点的粘度绘制流变曲线。非牛流体的流动曲线有的不通过原点，且大部分为曲线，切变速度与对应的切变应力须一一测定后才能绘制出流变曲线。非牛顿流体按流动方式的不同，可分为塑性流体、假塑性流体、胀性流体、触变流体。测定非牛顿性流体粘度的常用仪器为旋转式粘度计。 流变学在药剂中的混悬剂、乳剂、胶体溶液、软膏剂和栓剂等的处方设计、质量评价以及制备工艺的确定都具有重要的指导意义。 三、实验内容和操作 1．甘油流变曲线的绘制 （1）将杯和转子在所定的位置固定，通循环水使杯保持恒温（30℃） 83

（2）将甘油倒入杯中标线处，继续循环水，使甘油保持恒温。 （3）将砝码挂上后，读出旋转指针的刻度，然后使制动器脱离，记录旋转指针旋转一周的时间，求出旋转的速度（ν）。 （4）变换砝码的重量，重复上述操作 2．先配制0.5%、1.0%、3.0%羧甲基纤维素钠水溶液的流变曲线的绘制 如前述固定好杯和转子，加入羧甲基纤维素水溶液至标线处，保持杯内溶液恒温后，重复上述操作。 四、实验结果与讨论 1．对于甘油，依据测定的旋转速度ν和砝码的重量（w）的关系，绘制流变曲线，由直线的斜率求出装置的常数（Kν）。 ν=Kν·W·1/η 这里η为粘度系数，甘油的粘度系数为624cp（t=30℃） 2．各种浓度的羧甲基纤维素水溶液的数据，同上述方法处理，当流变曲线为直线时，由上式求出粘度系数。若为非牛顿流体，指出符合哪种类型。 五、思考题 1．简述流变学在药剂学中的应用。 2．给出牛顿型流体、塑性流体、假塑性流体、胀性流体的流动曲线。 （杨丽） 84

聚合物的流变性能

第四节聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器某些部位上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 （1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯速降低，这种聚合物称作剪性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了解这一点对注塑有重要意义。 （2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口，剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 （3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定的重要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破裂。 （4）温度对粘度的影响

水泥浆性能试验

中国石油大学（钻井工程）实验报告 实验日期：2014.12.04 成绩： 班级学号：姓名：教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验 一、实验目的 1．通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。 2．通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。 二、实验原理 1．YM 型钻井液密度计是不等臂杠杠测试仪器。杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2．六转速粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切应力。 3．水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。浆杯由电机带动以150 转/分的转速逆时针转动，浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。 三、实验仪器、设备 1．电子天平 2．恒速搅拌器 3．钻井液密度计

4．六速旋转粘度计 5．油井水泥常压稠化仪 四、实验步骤 1．标定常压稠化仪指示计 实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在指示的销轴上，另一端沿铜套圈沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。然后将吊钩、砝码用手托起，使指示计指针回到零。接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。如此反复几次，取平均值。 2．配制水泥浆 配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生很高的摩擦阻力。如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。API 标准推荐的水灰比见表1。 表1 API 的水灰比（W/C）标准 ①按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。 ②在天平上称取 600 克水泥，用量筒取相应的水量300 克。 ③加入促凝剂氯化钙24克，放入水中搅拌。 ④将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为 4000 转/分。将称 出的干水泥在15 秒内加入水中。然后调节搅拌器转数为12000 转/分，继续搅拌35秒。 3．测定水泥浆的稠化时间 ①将浆杯轻轻放入杯套内，使浆杯、杯套的缺口对齐。 ②打开总电源开关。按照实验中升温方案的初始值，设置温度拨码式调节器的下一排数字。然后接通加热器电源。在温度完全稳定后，再进行下列步骤。

聚合物溶液流变性

聚合物溶液的流变模式 聚合物流变性是指其在流动过程中发生变形的性质，主要体现在有外力场作用时，溶液粘度与流速或压差之间的变化关系。高分子的形态变化导致了聚合物溶液宏观性质的变化。聚合物溶液是非牛顿流体，其流动行为可用Ostwald-Dewael幂律方程[56]来描述： 根据流体力学对液体流型的分类，驱油用的部分水解聚丙烯酰胺溶液属于假塑性流型，即表观粘度呈现剪切稀化现象。在低剪切速率下，溶液的流变曲线斜率n=1，符合牛顿流动定律，称为第一牛顿流动区，该区的粘度通常称为零切粘度η0，即γ&→0的粘度。随着剪切速率的增大，流动曲线的斜率n<1，称假塑性区，该区的粘度为表观粘度ηa；剪切速率的增大，表观粘度ηa值变小，其表观粘度与剪切速率呈幂指数关系。在假塑性区，剪切速率与表观粘度的关系可用Ostwald-Dewael幂律模型来描述。 HPAM水溶液的完整的流变曲线如图2-1所示。流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和降解段。粘度随剪切速率的变化与高分子在溶液中的形态结构有关。在很小的剪切速率下，大分子构象分布不改变，流动对结构没有影响，聚合物溶液的粘度不随剪切速率的变化而变化，此即牛顿段；当剪切速率较大时，在切应力的作用下高分子构象发生了变化，长链分子偏离平衡态构象，而沿流动方向取向，使聚合物解缠和分子链彼此分离，从而降低了相互运动阻力，这时表观粘度随剪切速率的增加而降低。当剪切速率增加到一定程度以后，大分子取向达到极限状态，取向程度不再随剪切速率而变化，聚合物溶液遵守牛顿流动定律，表观粘度又成为常数，此即所谓的极限牛顿段。当剪切速率再增加时，主链的相邻键偏离了正常的键角，从而产生了弹性恢复力，而表现出粘弹性，使表观粘度增加。当剪切速率增加到足以使高分子链断裂时，发生能了聚合物降解，使聚合物粘度降低。 另外，随着剪切速率的增加，ηa下降，开始时ηa下降很快，随后变得缓慢，逐渐趋于平缓，进一步说明了HPAM属于假塑性流体。Mooney方程可解释这一现象，体系的表观粘度ηa与粒子的内相体积Vi、堆积系数υ和形态常数ke有如下关系：

水溶性高分子简介

水溶性高分子简介 摘要：本文介绍了水溶性高分子的分类，物理性能，制造以及未来的发展前景。关键词：水溶性高分子聚乙烯醇聚乙二醇 引言 水溶性高分子化合物又称为水溶性树脂或水溶性聚合物。是一种亲水性的高分子材料，在水中能够溶解或溶胀而形成溶液或分散液。在水溶性聚合物的分子结构中含有大量的亲水基团。亲水基团通常可分为三类：①阳离子基团，如叔胺基、季胺基等；②阴离子基团，如羧酸基、磺酸基、磷酸基、硫酸基等；③极性非离子基团，如羟基、醚基、胺基、酰胺基等。这些集团不但使得高分子有亲水性，而且还带来很多宝贵的性能，如粘合性，成膜性，润滑性，分散性，减磨性等等。 1水溶性高分子的分类 1.1天然水溶性高分子。 以天然动植物为原料，通过物理过程或者物理化学的方法提取而成。最常见的如淀粉类、纤维素、植物胶、动物胶等。天然高分子虽然受到合成高分子的不断冲击，产量逐渐下降，但是仍然有很大一部分市场被其牢牢统治着。 1.2改性天然高分子。 主要有改性纤维素和改性淀粉两大类。如羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素等。这类高分子兼有天然高分子和合成高分子的优点，拥有广泛的市场，因此产量很大。 1.3合成高分子。 合成高分子材料分为聚合类和缩合类两类，如聚丙烯酰胺（PAM）、水解聚丙烯酰胺（HPAM））、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。按大分子链连接的水化基团分为：非离子型和离子型。按荷电性质分为：非离子、阳离子、阴离子和两性离子高分子，其中后三类为聚电解质。按基团间是否存在较强的非共价键联结又分为缔合聚合物和非缔合聚合物。 2水溶性高分子的物理性能 2.1溶解性 溶解性是达到平衡的溶液便不能容纳更多的溶质，在特殊条件下，溶液中溶解的溶质会比正常情多，这时它便成为过饱和溶液。每份溶剂所能溶解的溶质的最大值就是“溶质在这种溶剂的溶解度”。 为了提高水溶性，一是在分子中引入足够的亲水基团到大分子上面变为水溶性高分子。二是降低聚合物的结晶度。三是利用聚电解质的反离子力作用促进溶解。

第五章 高聚物的流变性

第五章 高聚物的流变性 热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动成型和冷却固化三个基本步骤。加热塑化：经过加热使固体高聚物变成粘性流体；流动成型：借助注塑机或挤塑机的柱赛或螺杆的移动，以很高的压力将粘性流体注入温度较低的闭合模具内，或以很高的压力将粘性流体从所要求的形状的口模挤出，得到连续的型材。冷却固化：是用冷却的方法使制品从粘流态变成玻璃态。 聚合物的粘流发生在g T 以上，热塑料、合成纤维和合成橡胶的加工成型都是在粘流态下进行的.由于大多数高分子的f T 都低于300℃，经一般无机材料低得多，给加工成型带来很大方便，这也是高分子得以广泛应用的一个重要原因. 5.1牛顿流体与非牛顿流体 牛顿流体：粘度不随剪切应力和剪切速率的大小而改变，始终保持常数的流体，通称为~。 非牛顿流体：凡是不符合牛顿流体公式的流体，统称为非牛顿流体。 牛顿流体: d dt γ σηηγ== 非牛顿流体: 'n a K σγηγ == 式中γ 为剪切速率，n 为非牛顿性指数(n<1称为假塑性)； a η为表观粘度，表观粘度比高聚物真正的粘度(零剪切粘度0η小). 剪切变稀：大多数高聚物熔体和浓溶液属假塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而减小，即所谓~。 剪切变稠：膨胀性流体与假塑性流体相反，随着剪切速率的增大，粘度升高，即发生~。 宾汉流体：或称塑性流体，具有名符其实的塑性行为，即在受到的剪切应力小于某一临界值Y σ是不发生流动，相当于虎克固体，而超过Y σ后，则可像牛顿液体一样流动。 触变（摇溶）液体：在恒定剪切速率下粘度随时间增加而降低的液体。 摇凝液体：在恒定剪切速率下粘度随时间而增加的液体。 5.2高聚物粘性流动的主要特点 1. 高分子流动是通过链段的位移运动来实现的，粘流活化能与相对分子质量无关. 2. 一般不符合物顿液体定律，即不是牛顿流体，而是非牛顿流体，常是假塑性流体.这是由于流动时链段沿流动方向取向，取向的结果使粘度降低. 3. 粘流时伴有高弹形变。高弹形变的恢复也是一个松驰过程，恢复的快慢一方面与高分子链本身的柔顺性有关，柔性好，恢复得快，另一方面也与高聚物所处的温度有关，温度高，恢复快。

高物复习题第九章聚合物的流变性

如有你有帮助，请购买下载，谢谢！ 1页 第九章 聚合物的流变性 一、 概念 1、牛顿流体： 2、非牛顿流体： 3、假塑性流体： 4、表观粘度： 5、韦森堡效应（包轴效应）： 6、巴拉斯效应（挤出物胀大现象）： 二、选择答案 1、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（ C ）。 A 、PE B 、PP C 、PC D 、PB 2、大多数聚合物熔体在剪切流动中表现为（B ）。 A 、 宾汉流体， B 、假塑性流体， C 、膨胀性流体， D 、牛顿流体 3、聚合物的粘流活化能一般与（D ）有关。 A 、温度 B 、切应力 C 、切变速率 D 、高分子的柔顺性 4、下列四种聚合物中，粘流活化能最大的为（ D ）。 A 、高密度聚乙烯， B 、顺丁橡胶， C 、聚二甲基硅氧烷， D 、聚苯乙烯 5、对于同一种聚合物，在相同的条件下，流动性越好，熔融指数MI 越（A ）；材料的耐 热性越好，则维卡软化点越（ A ）。 A 、高、高 B 、低、低 C 、高、低 D 、低、高 6、 下列方法中不能测定聚合物熔体粘度的是：（C ） A 、 毛细管粘度计 B 、旋转粘度计 C 、乌氏粘度计 D 、落球粘度计 三、填空题 1、假塑性流体的粘度随应变速率的增大而 减小 ，用幂律方程 表示时，n < 1。 2、聚合物熔体的弹性响应包括有 维森堡效应 ， 巴拉斯效应 与 不稳定流动和熔体破裂 。 3、对于相同分子量，不同分子量分布的聚合物流体，在低剪切速率下，分子量分布 宽 的粘度高，在高剪切速率下，分子量分布 窄 的粘度高。 四、回答下列问题 1、就流动性而言，PC 对温度更敏感，而PE 对切变速率更敏感，为什么？ 2、示意绘出聚合物熔体在宽切变速率下的流动曲线，并用缠结理论作出解释。 3、为什么涤纶采用熔融纺丝方法，而腈纶却采用湿法纺丝？ 由于聚丙烯腈的熔点很高（318℃），分解温度（220℃）低于熔点，所以不能用熔融纺丝。由于聚对苯二甲酸乙二酯的熔点为260~270℃，低于分解温度（约为350℃）， 可用熔融纺丝。 4、简述聚合物流体产生挤出物胀大效应的原因，以及温度、剪切速率和流道长径比对胀大的影响。 五、计算题 1、一种聚合物在加工中劣化，其重均分子量从1×106下降到 8×105。文加工前后熔融粘度之比是多少？ 2、聚甲基丙烯酸甲酯试样，已知240o C 时粘度为200Pa·s ，试估算250o C 时和230o C 时的粘度。（已知聚甲基丙烯酸甲酯的粘流活化能为184kJ/mol ，T g 为100o C ）

水溶性高分子及其应用

水溶性高分子及其应用 马建 常州轻工职业技术学院 10线缆331 1013433138 摘要：水溶性高分子材料是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。它具有性能优异、使用方便、有利环境保护等优点，广泛应用于国民经济的各个领域。本文主要论述了水溶性高分子材料的概念、分类、功能和应用、以及研究发展现状及前景。 关键词：水溶性 高分子 发展应用 1、 水溶性高分子的概念 水溶性高分子化合物又称为水溶性树脂或水溶性聚合物。通常所说的水溶性高分子是一种强亲水性的高分子材料，能溶解或溶胀于水中形成水溶液或分散体系”。在水溶性聚合物的分子结构中含有大量的亲水基团。亲水基团通常可分为三类：①阳离子基团，如叔胺基、季胺基等；② 阴离子基团，如羧酸基、磺酸基、磷酸基、硫酸基等；③极性非离子基团，如羟基、醚基、胺基、酰胺基等。 2、分类 a 、按来源分类 1 ）天然水溶性高分子。 天然水溶性高分子以植物或动物为原料，通过物理的或物理化学的方法提取而得。许多天然水溶性高分子一直是造纸助剂的重要组分，例如常见的有表面施胶剂天然淀粉、植物胶、动物胶 （干酪素）、甲壳质以及海藻酸的水溶性衍生物等。 2）半合成水溶性高分子 。 这类高分子材料是由上述天然物质经化学改性而得。用于造纸工业中主要有两类：改性纤维素 （如羧甲基纤维素） 和改性淀粉 （如阳离子淀粉）。 3）合成水溶性高分子。 此类高分子的应用最为广泛，特别是其分子结构设计十分灵活的优势可以较好地满足造纸生产环境多变及造纸工业发展的要求。 b 、按分子量分类 可分为低分子量、高分子量、超高分子量 C 、按用途分类 可分为驱油剂（聚丙烯酰胺、改性淀粉、瓜胶），絮凝剂（聚丙烯酸、改性纤维素、壳聚糖） 3、功能 O OH O OH O CH 2OH OH O OH O CH 2OH OH O OH COOH

膀胱脱细胞基质预凝胶水溶液的微流变特性研究

膀胱脱细胞基质预凝胶水溶液的微流变特性研究 刘文景１?范苏娜１?张慧慧１?邵惠丽１?宋鲁杰２?黄建文２?张耀鹏１? (１.纤维材料改性国家重点实验室?东华大学材料科学与工程学院?上海一２０１６２０? ２.上海交通大学附属第六人民医院泌尿外科?上海一２００２３３) 一一摘一要:本研究采用光学微流变仪对不同浓度膀胱脱细胞基质(ＢＡＭ)预凝胶水溶液的动态成胶过程进行考察?结果表明?在ＢＡＭ水凝胶成胶过程中?颗粒均方位移(ＭＳＤ)曲线均出现平台区?且流动因子(ＦＩ)逐渐减小?即发生溶胶凝胶转变?随着ＢＡＭ浓度的增加?ＭＳＤ曲线平台区高度降低且向右移动?宏观黏度因子(ＭＶＩ)和弹性因子(ＥＩ)逐渐增大?网格尺寸(ξ)减小?即凝胶粘弹性增强?本研究为组织工程应用中原位注射ＢＡＭ水凝胶提供了流变学参考? 关键词:膀胱脱细胞基质一水凝胶一微流变性能一溶胶－凝胶转变 中图分类号:ＴＱ３２２.４一一一一一文献标识码:Ａ一一一一一文章编号:１００６３３４Ｘ(２０１９)０１００１１０５ 基金项目:国家重点研发计划?２０１８ＹＦＣ１１０５８０２?国家自然科学基金?２１６７４０１８?８１６００５２４? 作者简介:刘文景(１９９４－)?安徽南陵人?硕士研究生?研究方向为生物质材料的加工和制备? ?通讯作者:张耀鹏?ｚｙｐ＠ｄｈｕ.ｅｄｕ.ｃｎ? 一一ＢＡＭ水凝胶作为一种源于膀胱组织的细胞外基质(ＥＣＭ)水凝胶?具有良好的组织工程应用潜力?有望用于不规则形状缺陷组织的修复?ＢＡＭ水凝胶的流变学性能对其组织工程中的可注射应用有较大影响?因此对于其流变学性能的研究很有必要?目前?研究水凝胶流变性能最常用的方法是旋转流变学[１２]?但测量过程存在较多局限?微流变学是一种在微米尺度下研究悬浮液二料浆以及凝胶等软物质粘弹性质的流变学方法[３５]? 基于动态激光光散射技术[６]?通过追踪体系中示踪粒子的布朗运动来表征样品粘弹性的变化?与传统的旋转流变测试相比?微流变测试能有效避免外部其他条件的干扰?可原位测定水凝胶的成胶过程和粘弹性能?本文采用光学微流变仪对ＢＡＭ水凝胶的成胶过程进行全面评价?研究浓度对ＢＡＭ水凝胶粘弹性能二内部网格尺寸的影响?为组织工程应用过程中原位注射ＢＡＭ水凝胶的应用提供流变学参考? １一试一验 １.１一原料及试剂 新鲜猪膀胱?自购?聚乙二醇辛基苯基醚(Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ１００)?美国Ｓｉｇｍａ公司?氨水?分析纯?国药集团化 学试剂有限公司?胃蛋白酶?美国Ｓｉｇｍａ公司?盐酸?分析纯?平湖化工?氢氧化钠?分析纯?上海凌峰?磷酸缓冲生理盐水试剂?杭州吉诺?磷酸缓冲生理盐水溶液?规格１０?ＰＢＳ?上海翊圣?去离子水?实验室 自制? １.２一仪器设备光学微流变仪:ＲｈｅｏｌａｓｅｒＭａｓｔｅｒ型?法国Ｆｏｒ￣ｍｕｌａｃｔｉｏｎ公司?电子分析天平:ＨＡＮＧＰＩＮＧＦＡ２１０４型?上海精 密仪器公司? 恒温摇床:ＨＳ２００Ｂ型?上海和呈仪器公司?冷冻干燥机器:ＦＤ１Ａ５０型?北京博医康公司?冷冻研磨机:ＦＲＥＥＺＥＲ/ＭＩＬＬ６７７０型?美国ＳＰＥＸＳａｍｐｌｅＰｒｅｐ公司? 离心管:５０ｍＬ?合肥新恩源公司? １.３一猪膀胱脱细胞处理 将猪膀胱粘膜进行脱细胞处理[７]?简要步骤如下:首先将新鲜猪膀胱组织清洗后剔除肌层和浆膜层?剩余粘膜层和粘膜下层?继续置于去离子水中震荡４８ｈ?再将其置于体积分数０.５％的聚乙二醇辛基苯基醚(ＴｒｉｔｏｎＸ１００)和０.１％氨水组成的脱细胞液中处理２周?每２~３天更换新脱细胞液?完成后在去离子水中继续清洗２４ｈ?得到脱细胞ＢＡＭ片层?最后将清洗后的ＢＡＭ置于体积分数７５％乙醇中备用? １.４一ＢＡＭ预凝胶溶液的制备 经去离子水洗净的ＢＡＭ片经冷冻干燥二冷冻研 第３４卷第１期２０１９年３月合成技术及应用 ＳＹＮＴＨＥＴＩＣＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ.３４一Ｎｏ.１Ｍａｒ.２０１９

水溶性高分子材料及其应用

水溶性高分子材料及其应用 !Q:】 ScienceandTechnOIOgyInnovationHerald 水溶性高分子材料及其应用 房存金 (商丘职业技术学院河南商丘476000) 研究报告 摘要:水溶性高分子化合物是当今最受重视的聚合物之一,不管在生产上还是应用上,都处在迅速发展的阶段.在世界范围内受到 越来越高的重视,因为它对能源生产,环境保护,循环经济等都有重要作用.本文简要论述了水溶性高分子聚合物的分类,功能和应用,以及 研究发展现状. 关键词:水溶性高分子发展应用 中图分类号:To.1文献标识码:A文章编号:1674-098X(20o9)07(c)一0oo8—02 1水溶性高分子的概念和分类 水溶性高分子化合物又称为水溶性树 脂或水溶性聚合物.通常所说的水溶性高 分子是一种强亲水性的高分子材料,能溶 解或溶胀于水中形成水溶液或分散体系". 在水溶性聚合物的分子结构中含有大量的 亲水基团.亲水基团通常可分为三类:① 阳离子基团,如叔胺基,季胺基等;②阴离 子基团,如羧酸基,磺酸基,磷酸基,硫酸基 等;③极性非离子基团,如羟基,醚基,胺 基,酰胺基等. 水溶性高分子按来源通常分为三大类:

(一)天然水溶性高分子.以天然动植物为原料提取而得.如淀粉类,纤维素,植物胶, 动物胶等.(二)化学改性天然聚合物.主要有改性淀粉和改性纤维素.如羧甲基淀粉, 醋酸淀粉,羟甲基纤维素,羧甲基纤维素等.(三)合成聚合物.有聚合类树脂和缩合类树脂两类,如聚丙烯酰胺(PAM),水解聚丙烯酰胺(HPAM)),聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 等.按大分子链连接的水化基团分为[2]:非离子型和离子型.按荷电性质分为:非离子,阳离子,阴离子和两性离子高分子,其 中后三类为聚电解质.按基团间是否存在较强的非共价键联结又分为缔合聚合物和非缔合聚合物. 2水溶性高分子的功能和应用 2.1功能 水溶性聚合物中的亲水基团不仅使其 具有水溶性,而且还具有化学反应功能,以及分散,絮凝,增粘,减阻,粘合,成膜,成 胶,螯合等多种物理功能.水溶性高分子材料的几种主要功能是:①水溶性,水是最廉价的溶剂,来源广,无污染.水溶性高分子 之所以溶于水,是因为在水分子与聚合物的极性侧基之间形成了氢键.水溶性高分子的溶解具有一个重要的条件,即溶质和溶剂的溶度参数必须相近,但这仅为溶解的必要条件而非充分条件,还需考虑高分子的结晶结构的影响.②分散作用,由于绝大多数水溶性高分子都含有亲水基团和一

低温对水泥浆流变性影响规律分析

低温对水泥浆流变性影响规律分析 徐璧华1,何　可1,何　松1,宋茂林2 (1.西南石油大学石油工程学院,四川成都　6105002.中海油服油化事业部,) 摘　要:针对海洋深水固井的特点(低温、浅层流、压力安全值低),提高固井顶替效率,目前已有许多行之有效的理论和施工措施,但这些理论和措施不一定适合深水固井所面对的地层松软、浅层流的特点,这就对前置液和水泥浆的流变性能提出了更高的要求。深水固井过程与常规固井过程中流体遇到的温度影响有较大不同。泥浆与水泥浆均属非牛顿液体,它们的流变特性与注水泥工作有着密切的关系,准确地掌握它们的流变规律便能帮助我们正确地调节泥浆、水泥浆的流变性能,正确地确定顶替流态,并能准确地计算注水泥过程的流动阻力。经研究表明,水泥浆的流变性随温度压力变化十分明显,温度对流动计算结果的影响非常显著。因此,对低温条件下水泥将流变能的研究具有非常重要的现实意义。 关键词:水泥浆;低温;流变性 中图分类号:T E256+.7 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0007—021　对水泥浆温度变化与切力关系分析 1.1　通过实验研不同体系水泥浆流变性 通过针对不同水泥将体系的实验表明,温度对 水泥浆流变性能影响十分明显,下面的数据和曲线 反映了温度降低对实验水泥浆流变性的影响。下面 列出了两种水泥浆在不同温度情况下,塑性粘度p 和静切力0的变化情况。静切力为剪切速率为 5.11S -1测得的剪切应力值。 表1低温对聚合物水泥浆流变性能的影响 流变参数 温度,℃50 40301810500,Pa 1.2828.4935.78 40.5440.5832.8729.35p ,P a.s 0.07950.1150.2860.1350.1410.13350.129 注:水泥浆密度c =1.9g/cm 3,压力为常压。 从表1可知,总体上来看,从60℃下降至10℃, 0与p 是随着温度的下降而上升的。 1.2　根据实验数据分析水泥浆流变性能规律 以下系列图中所示,随着温度降低所导致某些 体系动切力的变化趋势。 图1、2、3、4分别为聚合物体系、盐水体系的流 变参数变化情况。 图7 　2012年第12期 内蒙古石油化工收稿日期351 :2012-0-2

第9章聚合物的流变性

第9章聚合物的流变性 流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。 牛顿流体与非牛顿流体 9.1.1非牛顿流体 描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。 式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)； ——剪切速率，单位：s-1； ——剪切粘度，单位：牛顿?秒/米2(N?s/㎡)，即帕斯卡?秒(Pa?s)。 非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。包括： １、假塑性流体(切力变稀体) η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体 ２、膨胀性流体(切力变稠体) η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。 ３、宾汉流体。τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。

按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为： （1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。 （2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。 牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述： 式中：K为稠度系数 n：流动指数或非牛顿指数 n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。 定义表观粘度 聚合物的粘性流动 9.2.1聚合物流动曲线 聚合物的流动曲线可分为三个主要区域： 图9-1 聚合物流动曲线 １、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。

水溶性共轭聚合物发光材料(精)

水溶性共轭聚合物发光材料 本论文的研究内容主要涉及共轭高分子发光材料领域。上世纪九十年代以来,共轭高分子发光材料的研究开始成为当今高分子科学热点研究领域之一。共轭高分子发光材料在高分子发光二极管方面的应用研究方兴未艾,水溶性共轭高分子发光材料特别是共轭聚电解质的研究又愈来愈引起人们的关注。本课题组长期从事共轭高分子发光材料的研究,在共轭聚电解质的研究方面也已经有一定的工作积累。除了采用传统的经典化学合成即利用共价键连接的合成方法得到水溶性共轭高分子之外,最近我们开始尝试采用共轭高分子非共价键自组装的方法来制备水溶性共轭高分子发光材料。这类材料主要是利用共轭聚合物和水溶性小分子或者高分子之间的非共价键相互作用而得到的,此类材料目前研究较少,但是当材料科学发展到今天,单一材料的性质已具有某种程度的可预测性时,通过分子层次的剪裁或者组装来实现材料应用上的需求将逐渐上升为研究主流。共轭高分子的分子或者聚集态结构及其性能特别是发光性能的关系始终是贯穿我们课题组学术研究的主线之一,结合本课题组与此相关的工作基础,本论文对水溶性共轭聚合物发光材料进行了系列研究,论文工作主要分为四个部分,分别简述如下:第一部分,合成了系列新型阳离子聚对苯乙烯撑类共轭聚电解质,并进行了系列表征;我们合成了系列胺功能化的苯取代PPV类共聚物P1\'— P4\',通过Wittig反应在主链上分别引入了噻吩、芴、烷氧化的苯以及苯取代的苯等组分,经过季胺化以后得到相应的阳离子发光聚合物。从FT-IR以及~1H NMR谱图分析得知,这些聚合物具有不同含量的顺式构型,其含量与PPV主链上 所引入的芳香基类型有关。它们的发光颜色可以通过在PPV共轭主链上引入具有不同光电性能的单元很方便的进行调控。P3和P3\'主链上含有芴以及大体积苯取代的苯单元,在中性聚合物以及季胺化聚合物中分别表现出最高的荧光量子效率。进一步的荧光猝灭行为研究表明,顺式构型含量较少的P4\'荧光表现出 完全猝灭,而顺式构型含量较多的P1\'-P3\'表现出不完全荧光猝灭。第二部分,在第一部分工作基础之上,我们系统研究了系列聚对苯乙烯撑类共轭聚电解质的荧光猝灭行为,发现包括顺反异构在内的分子结构因素是荧光猝灭行为最主要的影响因素。我们研究了具有不同含量顺反构型的系列阳离子型PPV类衍生物与Fe(CN)_6~(4-)之间的荧光猝灭行为。我们发现,采用Wittig反应所合成的顺式构型含量较多的PPV呈现线性下偏型Stern-Volmer曲线,即不完全荧光猝灭;而采用Gilch反应所得到的全反式构型的PPV的Stern-Volmer曲线则为线性上偏型,即完全荧光猝灭。通过对其荧光猝灭行为比较研究,我们发现荧光猝灭主要是通过电子转移而非能量转移而完成的。考虑到被包埋发色团的存在以及“作用范围”的影响,参考前人工作,我们引入了一个经过修正的Stern-Volmer方程,能很好的拟合顺式构型含量较多的PPV所呈现的线性下偏型Stern-Volmer曲线。此外,对比研究发现,分子链中大体积的苯取代基对荧光猝灭行为很可能存在直接的位阻效应,阻止了发色团与猝灭剂之间的静电相互作用,一定程度上影响了荧光猝灭;而在不存在大体积的苯取代基时,顺式构型的存在应该是产生这种不可接触发色团的主要因素。而链间聚集以及季胺化不完全等其它因素对荧光猝灭行为的影响则较小。由于在Wittig反应中分子侧链中的取代基对于最终的顺式构型含量具有较大影响,我们可以把这些聚合物特殊的荧光猝灭性质本质上归因于其分子链上取代基性质的不同(即分子结构的不同)。第三部分,基于上述结论,我们采用Gilch反应合成了一种侧链无大体积取代基的新型阳离子聚对

水溶性聚合物

第十三章水溶性聚合物 本章主要内容： 13.1 概述 13.2 重要的水溶性聚合物 重点：离子型、非离子型、两亲性水溶性聚合物 难点：无 13.1概述 ?概念：可溶于水的聚合物 ?应用：絮凝剂、增稠剂、织物整理剂、纸张处理剂、油水分离剂、消泡剂、土壤改良剂、缓冲剂、石油钻探用剂 ?聚合物具有水溶性的条件： ①主链含有亲水性优良的短链醚键或仲胺键，而形成的聚合物为无定形者，如聚氧乙烯、聚乙烯胺、还有PPO、PEG ②主链为C-C键，但沿C-C主链分别众多的亲水基团，如： -SO3H、-COOH、-CONH2、-OH、-OCH3、-NH2 ?聚合物的分类 ①按聚合物来源 ——天然水溶性聚合物，包括来自天然物质淀粉、蛋白质、海藻等提取的水溶性聚合物； ——半合成水溶性聚合物，由天然高分子经化学改性得到的水溶性聚合物，如羧甲基纤维素、甲基纤维素等； ——合成水溶性聚合物，聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等； ②按是否带离子及离子电荷种类分： ——非离子型（水溶性）聚合物； ——离子型（水溶性）聚合物，又称聚电解质（polyelectrolytes) 离子型又分为:

a. 阳离子聚合物或聚阳离子（polycation); b. 阴离子聚合物或聚阴离子（polyanion); c. 两性聚合物（amphoteric polymers) ?憎水缔合聚合物 水溶性聚合物分子中如含有少量憎水长碳链(C6-8)构成的单体链段，则此聚合物具有憎水缔台现象。与一般水溶性聚合物的溶液性质有所不同，可称之为憎水缔合聚合物。 ?吸水树脂 交联结构的水溶性聚合物不溶于水而在水中溶胀，即可吸收适量水分，称为吸水性树脂。 水凝胶——吸水量为干树脂百分之数十份者称为水凝胶。 高吸水性树脂——吸水量达数10倍，数百倍以至3000倍者称之为高吸水性树脂。 13.1.1水溶性聚合物分子结构与溶液性能 分子结构 ——水溶性聚合物与一般聚合物相似可以是均聚物或共聚物，共聚物可为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物以及接枝共聚物，其大分子可为线型、具有长支链线型以及树枝状的多支链。 ——含有可电离基团的聚合物在水溶液中能够电离生成阴离子与阳离子者统称为离子聚合物或聚电解质。 ——由于阳、阴离子总是伴生共存的，所以根据与聚合物直接相连结的离子性质区分为阳离子聚合物或阴离子聚合物。例如：

水泥浆性能试验

油井水泥浆性能实验 一、实验目的 1.掌握油井水泥浆的制备方法 ; 2.掌握测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。 二、实验原理 1、水泥浆密度 水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。 实验中使用YM 型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该仪器是不等臂杠杠测试仪器，杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2、水泥浆流变性能 大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征。一般来说，水泥浆属于剪切稀释型流体，描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模式。 （1）宾汉塑性模式 （2）幂律模式 实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能，该仪器是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。记录表盘参数，通过以下方法计算水泥浆的流变参数。 n -幂律系数, 无量纲量； k-稠度系数，n Pa S ?。 n k τγ =? y p ττ μγ =+?

3、水泥浆稠化时间 稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化仪中，在实际井温和压力条件下，水泥浆稠度达到100 Bc 所经历的时间。 实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间。配制好水泥浆后，随着水泥水化，水泥浆不断变稠，稠化仪浆叶旋转剪切水泥浆的阻力增大，使安装在电位计上的弹簧扭矩及其指针旋转角度也相应增大，电位计的阻值及电压也随之增大。因此，电位计所反映出来的电压值，不仅表示了弹簧扭矩的大小，也反映了测量水泥浆稠度值的大小 三、实验设备 1、YM 液体密度计； 2、六转速粘度计； 3、稠化仪； 4、其它仪器； 四、实验步骤 1、确定水灰比步骤 配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。 200100300100()/() F θθθθ=--幂律模式流变参数 ??? ??? ? =??? ? ??=n K n 511511.0lg 092.2300100300 θθθ宾汉塑性模式流变参数 ???? ?-=-=p o p ηθτθθη511 511.0) (0015.03001003000.50.03 =±式中：F —流变模式判别系数，无量纲；300θ—转速300r/min 读数； 200θ—转速200r/min 读数；100θ—转速100r/min 读数。 首先，判别流变模式 ： 0.50.03 ≠± 宾汉塑性模式 幂律模式 然后，计算流变参数：

水溶性高分子

1.聚乙二醇 系列产品无毒、无刺激性，味微苦，具有良好的水溶性，并与许多有机物组份有良好的相溶性。它们具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电剂及柔软剂等，在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。 熔点64-66℃ 沸点>250℃ 密度 1.27 g/mL at 25℃ 蒸气密度>1 (vs air) 蒸气压<0.01 mm Hg ( 20℃) 折射率n=1.469 闪点270℃ 储存条件2-8℃ 溶解度H 澄清, 无色 2O: 50 mg/mL, 形态粘稠液体→蜡状固体 敏感性吸湿性 Merck 147568 稳定性稳定，会被强氧化剂氧化 依相对分子质量不同而性质不同，从无色无臭黏稠液体至蜡状固体。分子量200～600者常温下是液体，分子量在600以上者就逐渐变为半固体状，随着平均分子量的不同，性质也有差异。从无色无臭粘稠液体至蜡状固体。随着分子量的增大，其吸湿能力相应降低。本品溶于水、乙醇和许多其它有机溶剂。蒸气压低，对热、酸、碱稳定。与许多化学品不起作用。有良好的吸湿性、润滑性、粘结性。无毒，无刺激。平均分子量300，n=5～5.75，熔点-15～8℃，相对密度1.124～1.130。平均分子量600，n=12～13，熔点20 ～25℃，闪点246℃，相对密度1.13 (20℃)。平均分子量4000，n=70～85，熔点53～56℃。 在一般条件下，聚乙二醇是很稳定的，但在120℃或更高的温度下它能与空气中的氧发生作用。在惰性气氛中(如氮和二氧化碳)，它即使被加热至200～240℃也不会发生变化，当温度升至300℃会发生热裂解。加入抗氧化剂，如质量分数为0.25%～0.5%的吩噻嗪，可提高它的化学稳定性。它的任何分解产物都是挥发性的，不会生成硬壳或粘泥状的沉淀物。 聚乙二醇为环氧乙烷水解产物的聚合物，无毒、无刺激性，广泛应用于各种药物制剂中。低分子量的聚乙二醇毒性相对较大，综合来看，二醇类的毒性相当低。局部应用聚乙二醇特别是黏膜给药可导致刺激性疼痛。在外用洗剂中，本品能增加皮肤的柔韧性，并具有与甘油类似的保湿作用。大剂量口服可出现腹泻。在注射剂中，最大的聚乙二醇300浓度约为30%(V/V)，浓度大于40%(V/V)可出现溶血现象。 聚环氧乙烷与水的加聚物。分子量在700以下者，在20℃时为无色无臭不挥发粘稠液体，略有吸水性。分子量在700～900之间者为半固体。分子量1000及以上者为浅白色蜡状固体或絮片状石蜡或流动性粉末。混溶于水，溶于许多有机溶剂，如醇、酮、氯仿、甘油酯和芳香烃等；不溶于大多数脂肪烃类和乙醚。 随着分子量的提高，其水溶性、蒸汽压、吸水性和有机溶剂的溶解度等相应下降，而凝