聚氨酯材料包覆聚α-烯烃微胶囊的制备研究

论文摘要

减阻聚合物微胶囊化是指在减阻聚合物颗粒的表面,利用物理法、化学法或机械法包覆一层其他材料,以避免减阻聚合物颗粒易粘接的缺点,制备出常温条件下能够储存的颗粒,或分散成浆液后可长期储存。减阻聚合物微胶囊化属于胶体化学的范畴,涉及到颗粒的表面性质,颗粒和液体的界面作用；同时,实施微胶囊化还需要运用高分子化学、高分子物理等学科的相关理论作为指导；此外,开发减阻聚合物微胶囊化的工业应用,还需运用化工工程的相关理论来设计工艺流程,优化工艺路线。鉴于石油减阻聚合物在石油运输行业中的重要性,以及石油减阻聚合物在生产、储存、运输等方面存在的问题,对减阻聚合物颗粒表面进行改性具有重要的现实意义。研究分析了减阻聚合物颗粒的化学结构及其表面的主要性质,指出减阻聚合物颗粒为疏松多孔的粘弹性固体颗粒,其分子具有长链多支链的分子结构,这是减阻聚合物颗粒易粘结的主要原因；分析了可用于减阻聚合物微胶囊化的壁材及方法。以聚氨酯为壁材,对高分子聚α-烯烃粘弹性聚合物颗粒表面进行了微胶囊包覆制备技术与工艺的研究。采用分子动力学模拟方法讨论了相关的分子设计,以丙三醇和甲苯-2,4二异氰酸酯（TDI）为聚合活性单体,采用界面聚合法制备了性能稳定的聚氨酯微胶囊。研究了合成聚α-烯烃微胶囊壁材的单体种类、配比、粒度和壁材用量对包覆性能的影响,对聚α-烯烃微胶囊的表面性状、油溶性、耐热性和抗压性做了测试及分析,同时采用油品减阻剂室内模拟环道评价系统对减阻增输效果的影响进行了评价。研究结果表明,在包覆壁材分子设计中应对支链的长度和支链数目有具体的要求；确定了在水溶液体系中,异氰酸酯基（—NCO）与羟基（—OH）摩尔比为1：1,聚α-烃颗粒粒度为60～80目（250～180um）,聚氨酯壁材用量占聚α-烯烃颗粒质量的0.5%,表面活性剂用量为聚α-烯烃质量的0.1%；常压25℃为聚氨酯包覆聚α-烯烃制备微胶囊的合理工艺条件；制备的聚α-烯烃微胶囊具有良好的表观形貌性状、较快的释放速度,制备的微胶囊不影响原有减阻效果、并具有优良的耐热性和抗压性。同时聚α-烯烃微胶囊在常温下以粉末状固体形式储存,具有现场使用时直接分散到注入溶剂中形成油品减阻剂的特点,解决了工业应用中的分散技术难题。将一步法进行工业放大,成功得到了减阻聚合物微胶囊的初级工业品。产品质量符合设计要求。微胶囊化产品可以长期储存而不粘结。将脲醛树脂制备的微胶囊产品制备成醇基和水基浆液,并与未包覆颗粒制备的浆液进行比较,发现用微胶囊制备的醇基和水基浆液在热稳定性上远远优于未包覆颗粒制备的浆液。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内外减阻剂的发展及应用
• 1.1.1 减阻剂的发展
• 1.1.2 减阻剂的分类和减阻机理
• 1.1.3 减阻剂的生产工艺
• 1.2 微胶囊技术简述
• 1.2.1 微胶囊的芯材与壁材
• 1.2.2 微胶囊的制备原理
• 1.2.3 微胶囊的制备方法
• 1.2.4 微胶囊的性质
• 1.2.5 微胶囊的释放方式与机理
• 1.2.6 微胶囊的表征方法
• 1.2.7 微胶囊的应用
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.3.1 理论意义
• 1.3.2 应用价值
• 第二章 聚氨酯化学
• 2.1 异氰酸酯的基本反应
• 2.1.1 异氰酸酯的反应性
• 2.1.2 异氰酸酯与羟基的反应
• 2.1.3 异氰酸酯与水的反应
• 2.1.4 异氰酸酯与胺基的反应
• 2.1.5 异氰酸酯与氰酯基及脲基反应
• 2.1.6 异氰酸酯的自加聚反应
• 2.1.7 异氰酸酯的自缩聚反应
• 2.1.8 异氰酸酯的封闭反应
• 2.2 聚氨酯分子结构与性能的关系
• 2.2.1 影响聚氨酯性能的基本因素
• 2.2.2 软段对聚氨酯性能的影响
• 2.2.3 硬段对聚氨酯性能的影响
• 2.2.4 聚氨酯的形态结构
• 第三章 聚氨酯包覆的分子设计
• 3.1 支链长度、支链数量对吸附过程的影响的模拟
• 3.2 计算结果
• 3.3 表面活性分散剂吸附聚集结构的模拟
• 第四章 聚氨酯包覆聚A-烯烃微胶囊的制备与工艺
• 4.1 制备试剂与主要仪器
• 4.2 聚A-烯烃颗粒的制备与微胶囊的制备工艺
• 第五章 制备工艺分析与讨论
• 5.1 单体种类、配比的确定
• 5.2 聚A-烯烃颗粒度的确定
• 5.3 聚A-烯烃微胶囊的表征
• 5.3.1 表面性状
• 5.3.2 红外解析
• 5.3.3 聚氨酯微胶囊稳定性测试
• 第六章 石油减阻聚合物微胶囊分散体系的制备与性能研究
• 6.1 分散系统的制备
• 6.2 稳定性检测
• 6.2.1 热稳定性检测
• 6.2.2 机械振荡稳定性检测
• 6.3 结果与讨论
• 第七章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 下一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表