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抗温改性羧甲基纤维素的制备研究

张晋  
【摘要】: 羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose,简称CMC)是最重要的纤维素醚之一,它是以天然纤维素(浆粕)为基本原料,经过碱化、醚化反应而生成的,原料为绿色产品有很高的市场价值。羧甲基纤维素具有增稠、悬浮、分散和降滤失等性能,已被广泛应用于石油钻井液中。但是,随着石油勘探领域的扩大和钻井深度的增加,高粘、中粘和低粘等普通CMC溶液在140℃、12h密闭高温实验后其粘度损失率均大于90%,进一步提高CMC的抗高温性能成为了纤维素醚类大分子新的研究内容。为了提高产品质量,通过交联也是纤维素及其衍生物功能化改性的方便途径之一。采用适当的交联剂,并控制交联度,可显著提高纤维素的抗温性能,在不破坏其活性的前提下,提高产品的物性。 本文在总结大量的国内外文献报道,研究了不同交联剂与羧甲基纤维素交联改性后的的抗温性能,包括水溶性密胺树脂、戊二醛、对二氯苄、水溶性酚醛树脂和三氯乙醛等。交联产品经140℃、12h密闭高温实验比较,水溶性酚醛树脂改性的羧甲基纤维素具有较好的抗温性能,粘度损失率3.7%。 本文研究了羧甲基纤维素和水溶性酚醛树脂的交联缩合动力学的测试方法并得到了该反应的动力学方程。因为水溶性酚醛树脂是多种活性中间体的混合物,羧甲基纤维素是受羧甲基取代度和聚合度影响的大分子,两者的交联缩合反应可以同时发生在多点、多分子之间,动力学研究较为复杂,所以本文分别采用Borchardt-Daniels模型和Kissinger模型方法,根据差示扫描量热仪(DSC)测定不同升温速率下的羧甲基纤维素和水溶性酚醛树脂交联缩合反应的热流曲线数据,计算得到反应动力学方程。利用非等温单一扫瞄速率法的Borchardt-Daniels模型得到的动力学参数为:反应级数n1.05,反应活化能E93.86kJ/mol,指前因子lnA16.23。采用非等温多加热扫描速率法的Kissinger模型计算得到的动力学参数为:反应级数n1.04,反应活化能E94.37kJ/mol,指前因子lnA15.96。三个热力学参数值分别相差0.55%、1.71%和1.14%,证明两种模型计算结果较一致。水溶性酚醛树脂与羧甲基纤维素缩合交联缩合反应的动力学方程为dα/dt=e~(-16.24(E/RT))(1-α)~(1.05)。


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