影响羟丙基瓜尔胶性能的因素：
影响羟丙基瓜尔胶性能的因素，在瓜尔胶改性，即制备羟丙基瓜尔肢的过程中， 降低水不溶物含量与保持粘度之间存在着矛盾，因此必须对 反应物的加量和反应条件进行优化试验。研究了影响羟丙基 瓜尔肢产品性能的因素，考察了改变碱的加量、水的加量、反 应温度、反应时间及环氧乙烷的加量对改性瓜尔肢水不溶物 含量的影响。试验结果表明，影响瓜尔胶改性产品性能的因 素很多，其中的关键因素是碱的加量，碱的加量越大，水不溶 物含量越低，但相应地改性瓜尔肢粘度受到的影响也越大， 因此为了得到较低的水不溶物含量和较高的粘度，碱的加量 应控制在10%以内；反应物中必须加入一些水，以保证瓜尔 肢稍微膨胀，但是过多的水会使瓜尔胶增粘，导致改性瓜尔 胶粘度下降，合适的醇水比例为左右；环氧乙烷的 加量越大，水不溶物含量越低，但增加到一定量时对水不溶 物含量降低不明显，却会降低产品的粘度，所以较适宜的环 氧乙烷加量为10 mL;反应温度和反应时间也是控制产品质 量的重要因素，合适的反应时间为4 h,合适的反应温度为60 •C，在这样的条件下能使瓜尔胶改性产品的水不溶物含量从 25%降到8%以下。
分析行业标准SY/T5764—1995“压裂用瓜尔 胶和羟丙基瓜尔胶”，对于同一级别的瓜尔胶原粉和 羟丙基瓜尔胶在提出降低水不溶物含量的同时（一 级品由16%降到8%),对粘度的指标要求也相应降 低（一级品降低了 15%),这也说明了在改性过程中 对瓜尔胶的粘度有不利影响，降低水不溶物含量与 保持粘度之间存在着矛盾，因此必须对配方进行优 化试验。从各个油田抽样检测的羟丙基瓜尔胶性能 看，改性后的羟丙基瓜尔胶水不溶物含量基本为 10%〜18%，很少有达到一级标准的产品。0. 6%溶 液的粘度(干基)多数在75〜85 mPa，s之间，波动较 大；1%溶液粘度（湿基)在240〜260 mPa‘s之间。与 国外产品相比，国外的羟丙基瓜尔胶的水不溶物含 量为4. 39%，0. 6%溶液的粘度为123 mPa‘s，l%溶 液的粘度为297 mPai。由此可知，中国的羟丙基瓜 • 24 • 钻丼液与免丼液• 2002年第19卷第3期
尔胶产品的性能与国外产品还有一定差距。
通过对国内外关于瓜尔胶改性文献的调研，在 总结国内外改性技术的基础上，室内对影响瓜尔胶 改性产品性能的因素进行了试验，优化了反应物的 加量和反应条件，为产品中试放大提供了理论指导。
瓜余底政牲的理於基础
瓜尔胶分子上有羟基，在碱的作用下可以和一 些醚化剂进行反应。羟丙基瓜尔胶是瓜尔胶的非离 子衍生物。它是烷烃环氧化合物，如环氧乙烷为醚化 剂，以乙醇或异丙醇为分散剂，在碱性条件下进行醚 化反应的产品。瓜尔胶和环氧乙烷的反应式如下。
Guar(OH)x+ xCH2CCH—R〕 ^
O
Guar—fO—H2C——CH—R i OH
制备羟丙基瓜尔胶HPG的目的是减少瓜尔胶 的水不溶物含量，达到更高的温度稳定性。在瓜尔胶 的分子结构中引入极性亲水基团羟丙基，可以提高 瓜尔胶的亲水性，使水不溶物含量减少;增加分子的 支链数目，使瓜尔胶水溶速度加快，改善防腐储存性 能。瓜尔胶和环氧乙烷反应可获得更髙温度稳定性 的衍生物羟丙基瓜尔胶HPG。
影响羟兩H糸肢性能的因素
室内对影响瓜尔胶改性产品性能的主要因素进 行了试验，包括碱、醇、水、环氧乙烷、反应温度、反应 时间等方面，确定出了合理的工艺条件。
使用500 mL的四孔圆底烧瓶对瓜尔胶进行改 性试验，影响羟丙基瓜尔胶性能的因素，圆底烧瓶上安装好搅拌器、冷凝器、滴管和 温度计等。首先在室温下加人一定量的工业乙醇，搅拌后加入一定量的瓜尔胶原粉，然后在常温下慢慢 加人NaOH溶液搅拌（即碱化），碱化反应完成后，开 始升温，同时用滴管缓慢加人环氧乙烷，将烧瓶放在 水浴中升温到预定温度并保持，再继续反应。反应完 成后，把烧瓶冷却到室温，边搅拌边加人盐酸中和， pH值为7. 0时停止。反应过后，离心分离反应物。在 105 'C的干燥箱中干燥，用碾磨机进行粉碎,过孔径 为0. 125 mm的筛后得到羟丙基瓜尔胶产品。
室内改性试验使用的瓜尔胶原粉从印度进口， 该瓜尔胶原粉水不溶物含量为25. 52%，1%溶液粘 度为246 mPau,产品性能不理想。但改性瓜尔胶的 含水率为10. 9%，水不溶物含暈为7. 38%，水不溶 物含量降低幅度较大，1%溶液粘度基本不变’(240 mPa s)。考察了改变碱的加量、水的加量、反应温 度、反应时间及环氧乙烷的加量对改性瓜尔胶水不 溶物含量的影响。
1.碱的加量
反应物中必须加人碱液，以保持在碱性环境下 进行反应。影响羟丙基瓜尔胶性能的因素，碱的作用有2种:一是和瓜尔胶分子进行 喊化反应;二是作催化剂。碱的加量不足，不能充分 降低改性瓜尔胶中水不溶物的含量;碱的加量过大， 会破坏瓜尔胶的分子结构，导致改性瓜尔胶粘度下 降。从图1看出，碱加量越大，水不溶物含量降低越 多，对粘度的影响也越大。为了得到较低的水不溶物 含量和较高的粘度，碱加量应小于1〇%。
图1碱加量对改性瓜尔胶性能的影响
2.醇的加量
试验采用工业乙醇,也可以使用异丙醇等。醇不 参加化学反应，仅起溶剂的作用。溶剂醇的加量要足 够，使反应物在搅拌器中易于搅拌。醇的加量要求不 严格，反应中确定工业乙醇的加量为2〇〇 mL。
3.水的加量
在反应物中必须加人一些水，以保证瓜尔胶稍 微膨胀，但是过多的水会使瓜尔胶过度膨胀，导致改 性瓜尔胶粘度下降。因此，要控制好水和醇的比例, 合适的醇和水比例为3:1〜4:1,但是还应考虑反应 后，中和时酸碱反应生成水的量。试验结果表明，7jC 的加量为20 mL时，水不溶物含量为12.16%，与瓜 尔胶原粉水不溶物含量(25. 51%)相比，降低了很多 (原粉性能差，相应改性产品性能也差一些）;水的加 量为60 mL时，改性产品的水不溶物含量最低，因 此水的加量确定为60 mL。
图2水的加量对改性瓜尔胶水不溶物含量的影响
4.环氧乙院
比较适合的环氧烷是环氧乙烷，用量增大可以 有效降低水不溶物含量,但是增加到一定量时，对水 不溶物含量降低不明显，见图3。同时，环氧乙烷使 用量增大，会降低产品的粘度。室内试验表明，较适 宜的环氧乙烷加量为10 mL。
图3环氧乙烷对改性瓜尔胶水不溶物含量的影响 姑并液与免丼液.2002年第19卷第3期.25-,
图5温度对水不溶物含量的影响
5.反应时间
反应进行得快，可以减少碱对产品的降解；反应 温度越髙，影响羟丙基瓜尔胶性能的因素，反应速度也越快，需要的反应时间越少。 室内在6(KC下测出了反应时间分别为2、3、4和5 h 时，对水不溶物含量的影响，从而确定出合适的反应 时间为4 h，见图4。
6.反应温度
温度也是影响瓜尔胶改性产品性能的重要因 素。考察了温度对水不溶物含量的影响。结果表明， 温度高于60 C时较好，见图5。加热时采用水浴加 热，不宜采用高温蒸汽加热。
图4反应时间对水不溶物含量的影响 •
7.原粉的质量
采用不同的瓜尔胶原粉进行改性试验.结果表 明，瓜尔胶原粉水不溶物含量越低，改性产品的水不 溶物含量也越低，采用水不溶物含量为16. 91%的 瓜尔胶原粉，改性后水不溶物含量为4.18%。因此， 采用性能较好的瓜尔胶原粉可以提高瓜尔胶攻性产 品的性能。
从以上的试验结果分析可知，影响瓜尔胶水不 溶物含量的因素很多，影响羟丙基瓜尔胶性能的因素，除了要求化学药品完全合格 外，还要控制各个反应条件，才能合成合格的瓜尔胶 改性产品。
结於与逯议
1.影响瓜尔胶改性产品性能的因素很多，其中 的关键因素是碱的加量，碱的加量越大，水不溶物含 量越低，但粘度会相应地受到影响，二者是相矛盾 的，必须综合考虑。
2.醇和水的比例要合适，以保证瓜尔胶适当溶 胀，又不会增粘降低改性产品粘度。合适的醇水比例 为 3:1〜4:1。
3反应温度和反应时间也是控制产品质量的重 要因素，合适的反应温度和反应时间为60 r、4 h。
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