石油减阻聚合物微胶囊的制备与性能研究

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。本论文首先分析了高聚物的溶胀、溶解理论以及分散系统稳定性理论,着重介绍了微胶囊化的理论及方法。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;分析了减阻聚合物的溶度参数与分散剂的溶度参数在制备微胶囊过程中的重要性;分析了可用于减阻聚合物微胶囊化的壁材及方法。以聚乙烯蜡为壁材,正丁醇与乙二醇甲醚混合溶剂作为分散剂,运用熔化分散与冷凝法,成功制备了减阻聚合物微胶囊。在微胶囊化过程中,搅拌速度要先快后慢,以保证减阻聚合物颗粒均匀分散,防止形成的微胶囊被打破。该法制备的微胶囊壁厚较大,颗粒分布均一。但该法的操作条件要求严格,不易工业化。以尿素和甲醛为壁材单体,水为分散剂,通过原位聚合法制备了减阻聚合物微胶囊。该法中,可以先将尿素、甲醛合成为预聚体,然后将预聚体加入分散系统中——两步法;也可以将尿素和甲醛直接加入分散系统中——一步法。该法中,搅拌速度为关键控制参数,过低不能使囊心和壁材混合均匀,过高将破坏颗粒表面形成的壳层。一步法操作简便,便于工业化。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。工业放大试验进一步表明,搅拌速度的控制在微胶囊化过程中至关重要。以苯乙烯为壁材,过硫酸钾、亚硫酸铁、亚硫酸氢钠为引发剂,水为分散剂,运用原位聚合法同样制备了减阻聚合物微胶囊。微胶囊化过程中,同样应采用低速搅拌,以便苯乙烯在减阻聚合物颗粒表面的吸附。以黄原胶和醇胶为壁材,对喷雾干燥法制备减阻聚合物微胶囊进行了初步研究。由于减阻聚合物颗粒的粒径较大以及干燥器干燥室的水平半径较小,大部分颗粒不能充分干燥而在器壁上粘结,只能获得很少量粒度较细的微胶囊化产品。但所得微胶囊化产品性质稳定,符合设计要求。对各种方法生产的微胶囊产品进行了扫描电镜分析、粒度分析、红外光谱分析、X射线衍射分析,同步热分析,全部达到了设计要求。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 石油减阻聚合物分散系统理论分析
• 1.1.1 高聚物溶解、溶胀理论
• 1.1.2 高聚物溶解过程的热力学分析
• 1.1.3 石油减阻聚合物溶液系统的性质
• 1.1.4 石油减阻聚合物颗粒分散系统稳定性理论
• 1.1.5 石油减阻聚合物颗粒分散系统
• 1.2 微胶囊技术简述
• 1.2.1 微胶囊制备可用壁材
• 1.2.2 制备微胶囊的物理法
• 1.2.2.1 水相分离法
• 1.2.2.2 油相分离法
• 1.2.2.3 熔化分散与冷凝法
• 1.2.3 制备微胶囊的化学法
• 1.2.3.1 界面聚合法
• 1.2.3.2 原位聚合法
• 1.2.4 微胶囊制备的机械法
• 1.3 微胶囊化的理论基础
• 1.3.1 微胶囊囊心的性质
• 1.3.2 影响微乳液稳定性的因素
• 1.3.3 表面活性剂的选择
• 1.3.4 分散相密度及黏度调整
• 1.3.5 囊心与壁材的配型
• 1.3.6 液体分散相的搅拌速度
• 1.3.7 化学法微胶囊化引发剂的影响
• 1.4 常用的表证手段
• 1.4.1 形态结构表证
• 1.4.2 性能表证
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.5.1 理论意义
• 1.5.2 应用价值
• 第二章 石油减阻聚合物物理与化学性质的确定
• 2.1 引言
• 2.2 石油减阻聚合物颗粒的物理性质
• 2.2.1 石油减阻聚合物颗粒的制备方法
• 2.2.2 石油减阻聚合物颗粒密度的测定
• 2.2.3 石油减阻聚合物颗粒的粒度
• 2.2.4 石油减阻聚合物颗粒的表面性状
• 2.3 石油减阻聚合物高分子的化学组成
• 第三章 石油减阻聚合物微胶囊的制备与研究
• 3.1 熔化分散与冷凝法制备石油减阻聚合物微胶囊
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验试剂、仪器及装置
• 3.1.2.1 分散剂和壁材的选择
• 3.1.2.2 仪器与装置
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 表征
• 3.1.4.1 表面性状
• 3.1.4.2 粒度测定
• 3.1.5 结果与讨论
• 3.2 尿素-甲醛聚合制备石油减阻聚合物微胶囊
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 分散剂的选择
• 3.2.3 表面活性剂及其用量的确定
• 3.2.4 两步法制备石油减阻聚合物微胶囊
• 3.2.4.1 尿素与甲醛配比的确定
• 3.2.4.2 脲醛树脂预聚物的制备
• 3.2.4.3 微胶囊的制备
• 3.2.5 一步法制备石油减阻聚合物微胶囊
• 3.2.6 表征
• 3.2.6.1 表面性状
• 3.2.6.2 粒度测定
• 3.2.6.3 脲醛树脂的性能表征
• 3.2.7 结果与讨论
• 3.2.8 一步法制备石油减阻聚合物微胶囊的工业放大
• 3.2.8.1 实验装置
• 3.2.8.2 药品及其他器材
• 3.2.8.3 实验步骤
• 3.2.8.4 结果及讨论
• 3.3 苯乙烯聚合制备石油减阻聚合物微胶囊
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 分散剂及表面活性剂的选择
• 3.3.3 引发剂的选择
• 3.3.4 实验药品
• 3.3.5 实验步骤
• 3.3.6 表征
• 3.3.6.1 表面性状
• 3.3.6.2 粒度表征
• 3.3.6.3 聚苯乙烯包覆层的性能表征
• 3.3.7 结果及讨论
• 3.4 喷雾干燥法制备石油减阻聚合物微胶囊简介
• 3.4.1 设备及原理
• 3.4.2 石油减阻聚合物颗粒分散系统的确定
• 3.4.2.1 分散剂的确定
• 3.4.2.2 壁材的选取
• 3.4.2.3 分散系统的配制
• 3.4.3 微胶囊的制备
• 3.4.4 结果与讨论
• 第四章 石油减阻聚合物微胶囊分散体系的制备与性能研究
• 4.1 分散系统的制备
• 4.2 稳定性检测
• 4.2.1 热稳定性检测
• 4.2.2 机械振荡稳定性检测
• 4.3 结果与讨论
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 下一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表