聚合物微球粒徑檢測方法的研究

萬 華，朱趁安，葉 智，趙 靜，王 婉

（西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710018）

聚合物微球具有耐溫抗鹽性好，適宜的膨脹性等諸多優點，近年來得到了廣泛關注，在油田深部調剖方面取得了較好效果[1-2]；聚合物微球的粒徑大小及分布范圍，是聚合物微球深部調剖應用于地層孔喉大小的重要依據，直接影響深部調剖的效果。目前，聚合物微球沒有國家標準或行業標準，粒徑的檢測沒有具體的操作方法，檢測的準確性差。目前，測試聚合物微球粒徑的主要方法有：（1）激光粒度分布儀；（2）動態光散射（DLS）；（3）掃描電鏡（SEM）；（4）X 射線衍射法等[3-6]。

本文分析了激光粒度分布儀檢測過程中常見問題及原因，找到了一種洗滌方法，保障了檢測的準確性。

1 材料和常見問題

1.1 主要儀器及試劑

激光粒度分布儀：Bettersize2000，丹東百特儀器有限公司；乙醇、甲醇、丙酮、甲醇鈉、二氯甲烷、二異丙醚、正丁烷、環己烷、甲苯、二甲苯、互溶劑A 均為分析純；聚合物微球：實驗室自制。

1.2 激光粒度分布儀檢測過程常見問題

1.2.1 激光粒度分布儀法主要檢測過程 將樣品配制成一定濃度的水溶液，加入到激光粒度分布儀樣品池中，當遮光率達到儀器最低濃度要求時，開始檢測，得出聚合物微球粒徑及分布。

1.2.2 粒度儀法常見問題 從圖1 和圖2 可看出，同一樣品，激光粒度分布儀檢測后出現了多種波峰狀態，部分粒度分布圖中出現了雙峰、多峰、寬峰等現象，檢測結果差異大，給聚合物微球真實粒徑的判斷造成困擾。

原因是：為了保障檢測的準確性和全面性，激光粒度儀在檢測過程中，需要對配制的樣品水溶液進行循環，而聚合物微球在合成過程中加入了有機溶劑和乳化劑[7-8]。乳化劑及有機溶劑以多種形式存在水溶液中：（1）以液滴的形式存在，形成小圓球或團狀物，其粒徑達到幾百微米甚至幾毫米，造成容易出現雙峰；（2）吸附在聚合物微球表面，形成乳化層，影響聚合物微球粒徑的大小；（3）為保障檢測的準確性和全面性，溶液都需要進行循環，聚合物微球中的乳化劑等表面活性劑在循環過程中容易與空氣形成氣泡，往往可達到幾十至上千微米，從而圖譜中出現雙峰、多峰現象。

1.3 油相殘留率的計算

依據標準GB/T 16488-1996《水質 石油類和動植物油的測定 紅外光度法》進行檢測計算。

2 結果與討論

2.1 油相殘留率的測定方法

2.2 洗滌方法

為排除、減少聚合物微球溶液中有機溶劑、乳化劑等的干擾，必須進行洗滌。具體方法為：向聚合物微球水溶液中加入與水互不相溶，與聚合物微球溶液中的有機溶劑和乳化劑互溶的互溶劑，在高速攪拌下，將聚合物微球中的有機溶劑和乳化劑從聚合物微球和水中分離出來，進入互溶劑，靜置分離，得到清澈、透明成份單一的聚合物微球溶液。

GBT 16488-1996 水質-石油類和動植物油的測定（紅外光度法）。

圖1 多峰圖Fig.1 Multimodal figure

圖2 雜峰圖Fig.2 lmpurity peak figure

2.3 互溶劑

油相中包含有乳化劑、有機溶劑等，成份復雜，互溶劑對油相的洗滌好壞，直接影響著最終檢測的準確性。固定其它條件，加入不同的溶劑，洗滌足夠長的時間，對比油相的殘留率。

圖3 互溶劑Fig.3 Mutual solvent

從圖3 可看出，不同的溶劑，洗滌后油相殘留率不同，利用乙醇洗滌后，油相殘留率為54 %，而利用互溶劑A 洗滌后，油相殘留率最低，僅為5 %。這是因為不同的互溶劑與有機溶劑、乳化劑溶解度不同，疏水性不同，在水溶液中分離效果差異較大。最佳的互溶劑為互溶劑A。

2.4 互溶劑加量的確定

固定其它條件，考察溶劑加量對殘留率的影響。

圖4 互溶劑加量Fig.4 Mutual solvent dosage

從圖4 可看出，隨著互溶劑A 加量的提高，油相殘留率降低，互溶劑A 加量為清水的4 %時，油相殘留率最低為5 %，互溶劑A 加量再提高，油相殘留率開始增加。這是因為當互溶劑加量低于4 %時，隨著互溶劑加量的增加，有機溶劑、乳化劑進入互溶劑的量逐漸增加；當互溶劑加量高于4 %時，隨著互溶劑加量的增加，互溶劑在水中的殘留度增加。因此，互溶劑A 的最佳加量為清水4 %。

2.5 洗滌時間

固定其它條件，考察洗滌時間對殘留率的影響。

圖5 洗滌時間Fig.5 Washing time

從圖5 可看出，隨著洗滌時間延長，殘留率降低，當洗滌60 min 后，殘留率最低為5 %，隨著洗滌時間的延長，殘留率不再降低。這是因為，攪拌時有機溶劑、乳化劑與水分離，進入互溶劑，隨著攪拌時間的延長，有機溶劑、乳化劑在水溶液中達到平衡，不再降低。因此，最佳洗滌時間為60 min。

2.6 靜置時間

固定其它條件，考察靜置時間對殘留率的影響。

圖6 靜置時間Fig.6 Standing time

從圖6 可看出，隨著靜置時間延長，殘留率降低，當靜置50 min 后，殘留率最低為5 %，隨著靜置時間的延長，殘留率不再降低。這是因為有機溶劑、乳化劑從水中脫離后，進入互溶劑，受重力、密度差的作用，互溶劑與水逐漸分離，隨著時間的延長，互溶劑與水完全分離。因此，最佳靜置時間為50 min。

2.7 洗滌后

表1 檢測結果對比表Tab.1 Comparison of test results

圖7 洗滌后檢測結果Fig.7 After washing test results

從圖7 可看出，利用激光粒度分布儀對洗滌后聚合物微球檢測，檢測數據平行、穩定，可靠性高，重復性為99.02 %，有效的排除了聚合物微球中有機溶劑等的干擾。

3 結論

（1）確定了聚合物微球最佳洗滌條件，互溶劑A加量4 %、洗滌60 min，靜置50 min。

（2）利用互溶劑在水溶液中洗滌聚合物微球，有效降低了油相殘留率，避免了微球中有機溶劑造成的影響，有效的提高了聚合物微球粒徑檢測的準確性，重復性達到99.02 %。

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