在瓜爾肢改性，即制備羥丙基瓜爾肢的過程中， 降低水不溶物含量與保持粘度之間存在著矛盾，E此必須對 反應(yīng)物的加量和反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。研究了影響羥丙基 瓜爾肢產(chǎn)品性f的因素，考察了改變喊的加量，水的加量、反 &溫度、反應(yīng)時間及環(huán)氧乙規(guī)的加量對改性瓜爾膠水不溶物 含t的影響。試獫結(jié)果表明，影響瓜爾膠改性產(chǎn)品性能的因 衆(zhòng)很#，其中的關(guān)楗因素是堿的加量，減的加*越大 < 水不溶 物含*越低，但相應(yīng)地改性瓜爾肢粘度受到的彩響也越大。 S此為了得到較低的水不溶物含董和較商的粘度，堿的加t 應(yīng)控制在】0%以fit反應(yīng)物中必須加入一些水，以保證瓜爾 膠稍微蟛脹，但是過多的水會使瓜爾膠增粘。導(dǎo)致改性瓜爾 校粘度下降，合適的酵水比例為3U?4:1左右，環(huán)氧乙烷的 加量越大，水不溶物含量越低，但増加到一定責(zé)時對水不溶 物含董降低不明& ,卻會降低產(chǎn)品的粘變，所以較適寬的環(huán) 氧乙烷加董為10 mL;反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間也是控制產(chǎn)品質(zhì) 量的重要因素，合適的反應(yīng)時間為4 h,合適的反應(yīng)溫度為60 ?C,在這樣的條件下ft使瓜爾膠改性產(chǎn)品的水不溶物含董從 25%陣到8%以下。

　　

　　分析行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5764—1995“壓裂用瓜爾 膠和羥丙基瓜爾膠”，對于同一級別的瓜爾膠原粉和 羥丙基瓜爾膠在提出降低水不溶物含量的同時（一 級品由16%降到8%)，對粘度的指標(biāo)要求也相應(yīng)降 低（一級品降低了 15%)，這也說明了在改性過程中 對瓜爾膠的粘度有不利影響，降低水不溶物含量與 保持粘度之間存在著矛盾，因此必須對配方進(jìn)行優(yōu) 化試驗(yàn)。從各個油田抽樣檢測的羥丙基瓜爾膠性能 看，改性后的羥丙基瓜爾膠水不溶物含量基本為 10%?18%,很少有達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品0.6%溶 液的粘度(干基)多數(shù)在75?85 mPvs之間，波動較 大;1%溶液粘度(濕基)在240?2S0 mFa‘s之間。與 國外產(chǎn)品相比，國外的羥丙基瓜爾膠的水不溶物含 量為4. 39%,〇。 6%溶液的粘度為123 mPa*s，l%溶 液的粘度為297 mPvs.由此可知，中國的羥丙基瓜 ? 24.<4丼灰與先丼浹? 2002年弟19卷弟3期爾膠產(chǎn)品的性能與國外產(chǎn)品還有一定差距。

　　

　　通過對國內(nèi)外關(guān)于瓜爾膠改性文獻(xiàn)的調(diào)研，在 總結(jié)國內(nèi)外改性技術(shù)的基礎(chǔ)上，室內(nèi)對影響瓜爾膠 改性產(chǎn)品性能的因素進(jìn)行了試驗(yàn)，優(yōu)化了反應(yīng)物的 加量和反應(yīng)條件，為產(chǎn)品中試放大提供了理論指導(dǎo)。

　　

　　表余底政性的理也基礎(chǔ)瓜爾膠分子上有羥基，在堿的作用下可以和一 些醚化劑進(jìn)行反應(yīng)。羥丙基瓜爾膠是瓜爾膠的非離 子衍生物。它是烷烴環(huán)氧化合物，如環(huán)氧乙烷為醚化 劑，以乙醇或異丙醇為分散劑，在堿性條件下進(jìn)行醚 化反應(yīng)的產(chǎn)品。瓜爾膠和環(huán)氧乙烷的反應(yīng)式如下。

　　

　　GuarCOH)^ x：U2CCH—R]-\ /OGuar—￡ 0—H2C——CH—R i'IOH制備羥丙基瓜爾膠HPG的目的是減少瓜爾膠 的水不溶物含量，達(dá)到更高的溫度穩(wěn)定性。在瓜爾膠 的分子結(jié)構(gòu)中引人極性親水基團(tuán)羥丙基，可以提髙 瓜爾膠的親水性，使水不溶物含量減少;增加分子的 支鏈數(shù)目，使瓜爾膠水溶速度加快，改善防腐儲存性 能。瓜爾膠和環(huán)氧乙烷反應(yīng)可獲得更髙溫度穩(wěn)定性 的衍生物羥丙基瓜爾膠HPG?

　　

　　彩響羥與4瓜余趺性能的閡素室內(nèi)對影響瓜爾膠改性產(chǎn)品性能的主要因崠進(jìn) 行了試驗(yàn)，包括堿、醇、水、環(huán)氧乙烷、反應(yīng)溫度、反應(yīng) 時間等方面，確定出了合理的工藝條件。

　　

　　使用500 mL的四孔圓底燒瓶對瓜爾膠進(jìn)行改 性試驗(yàn)，圓底燒瓶上安裝好攪拌器、冷凝器、滴管和 溫度計(jì)等。首先在室溫下加人一定量的工業(yè)乙醇，攪25331510 *5/?*^^拌后加人一定量的瓜爾膠原粉，然后在常溫下慢慢 加人NaOH溶液攪拌(即堿化），堿化反應(yīng)完成后，開 始升溫，同時用滴管緩慢加人環(huán)氧乙烷，將燒瓶放在 水浴中升溫到預(yù)定溫度并保持，再繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)完 成后，把燒瓶冷卻到室溫，邊攪拌邊加人鹽酸中和， pH值為7. 0時停止。反應(yīng)過后，離心分離反應(yīng)物。在 105 'C的干燥箱中干燥，用碾磨機(jī)進(jìn)行粉碎，過孔徑 為0. 125 mm的篩后得到羥丙基瓜爾膠產(chǎn)品。

　　

　　室內(nèi)改性試驗(yàn)使用的瓜爾膠原粉從印度進(jìn)口， 該瓜爾膠原粉水不溶物含量為2S. 52%，1%溶液粘 度為246 mPa*s，產(chǎn)品性能不理想。但改性瓜爾膠的 含水率為10. 9%，水不溶物含量為7. 38%，水不溶 物含置降低幅度較大，1%溶液粘度基本不變’(240 mP〃S)?？疾炝烁淖儔A的加量、水的加量、反應(yīng)溫 度、反應(yīng)時間及環(huán)氧乙烷的加量對改性瓜爾膠水不 溶物含量的影響。

　　

　　1.堿的加置反應(yīng)物中必須加人堿液，以保持在堿性環(huán)境下 進(jìn)行反應(yīng)。堿的作用有2種：一是和瓜爾膠分子進(jìn)行 械化反應(yīng);二是作催化劑。堿的加量不足，不能充分 降低改性瓜爾膠中水不溶物的含量;堿的加量過大， 會破壞瓜爾膠的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致改性瓜爾膠粘度下 降。從圖1看出，堿加量越大，水不溶物含量降低越 多，對粘度的影響也越大。為了得到較低的水不溶物 含量和較髙的粘度，堿加量應(yīng)小于10% D圖1堿加置對改性瓜爾膠性能的影響 2.蘚的加置試驗(yàn)采用工業(yè)乙醇，也可以使用異丙醇等。酵不 參加化學(xué)反應(yīng)，僅起溶劑的作用。溶劑醇的加量要足 夠，使反應(yīng)物在攪拌器中易于攪拌。醇的加量要求不 嚴(yán)格，反應(yīng)中確定工業(yè)乙醇的加t為200 mL。

　　

　　3.水的加置在反應(yīng)物中必須加人一些水，以保證瓜爾膠稍 微膨脹，但是過多的水會使瓜爾膠過度膨脹，導(dǎo)致改 性瓜爾膠粘度下降。因此，要控制好水和醇的比例， 合適的醇和水比例為3:1?4:1，但是還應(yīng)考慮反應(yīng) 后，中和時酸堿反應(yīng)生成水的量。試驗(yàn)結(jié)果表明，水 的加量為20 mL時，水不溶物含量為12. 16%，與瓜 爾膠原粉水不溶物含量(25. 51%)相比，降低了很多 (原粉性能差，相應(yīng)改性產(chǎn)品性能也差一些h水的加 量為60 mL時，改性產(chǎn)品的水不溶物含量最低，因 此水的加貴確定為60 mL。

　　

　　圖2水的加量對改性瓜爾膠水不溶物含童的影響4.環(huán)氧乙烷比較適合的環(huán)氧烷是環(huán)氧乙烷，用童增大可以 有效降低水不溶物含量，但是增加到一定量時，對水 不溶物含量降低不明顯。見圖3。同時，環(huán)氧乙烷使 用量增大，會降低產(chǎn)品的粘度。室內(nèi)試驗(yàn)表明，較適 宜的環(huán)氧乙烷加量為10 mL。

　　

　　圖3環(huán)氧乙烷對改性瓜爾膠水不瘠物含量的影響 ?井浹與龍丼敁■ 2002尋弟】9卷弟3為? 25 ■P40705.反應(yīng)時間反應(yīng)進(jìn)行得快*可以減少堿對產(chǎn)品的降解;反應(yīng) 溫度越髙，反應(yīng)速度也越快，需要的反應(yīng)時間越少。 室內(nèi)在60 ‘C下測出了反應(yīng)時間分別為2、3、4和5 h 時，對水不溶物含量的影響，從而確定出合適的反應(yīng) 時間為4 h,見圖4e6.反應(yīng)溫度溫度也是影響瓜爾膠改性產(chǎn)品性能的重要因 素?？疾炝藴囟葘λ蝗芪锖康挠绊?。結(jié)果表明， 溫度髙于60丨時較圩，見圖5。加熱時采用水浴加 熱，不宜采用髙溫蒸汽加熱。

　　

　　圖5溫度對水不溶物含纛的影響7.原粉的質(zhì)置采用不同的瓜爾膠原粉進(jìn)行改性試驗(yàn)。結(jié)果表 明，瓜爾膠原粉水不溶物含置越低，改性產(chǎn)品的水不 溶物含量也越低，釆用水不溶物含量為16. 9]%的 瓜爾膠原粉，改性后水不溶物含量為4.18%。因此， 采用性能較好的瓜爾膠原粉可以提髙瓜爾膠改性產(chǎn) 品的性能。

　　

　　從以上的試驗(yàn)結(jié)果分析可知，影響瓜爾膠水不 溶物含量的因素很多，除了要求化學(xué)藥品完全合格 外，還要控制各個反應(yīng)條件，才能合成合格的瓜爾膠 改性產(chǎn)品。

　　

　　結(jié)也與建說1.影響瓜爾膠改性產(chǎn)品性能的因素很多，其中 的關(guān)鍵因素是堿的加量，堿的加量越大，水不溶物含 童越低，但粘度會相應(yīng)地受到影響，二者是相矛盾 的，必須綜合考慮。

　　

　　2.醇和水的比例要合適，以保證瓜爾膠適當(dāng)溶 脹，又不會增秸降低改性產(chǎn)品粘度。合適的醇水比例 為 3:1?4>1。

　　

　　3-反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間也是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重 要因素，合適的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間為60 _C、4 h。