一种碱响应自愈合剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碱响应自愈合剂及其制备方法和应用，本发明专利技术利用层层自组装技术将负载后的纳米粘土依次加入聚电解质溶液中，通过粘土表面电荷与聚电解质之间的静电相互作用力在纳米粘土表面交替沉积多层聚电解质薄膜，从而对负载自愈合组分的粘土进行有效封装。该封装过程操作简单，具有较快的封装速度，且所形成聚电解质膜的厚度可控，方便调控所得自愈合剂的裂缝响应能力。合剂的裂缝响应能力。合剂的裂缝响应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种碱响应自愈合剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于建筑混凝土及油田开发类钻固井
，具体来说涉及一种碱响应自愈合剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为最大宗的材料之一，水泥被应用于各个领域，在建筑领域，水泥是组成基础设施的主要成分，在油气资源开发领域，水泥是形成固井水泥环的重要材料。在应用过程中，受外部荷载的影响，水泥的开裂无法避免，对于基础设施而言，水泥的微裂缝极易引发外部腐蚀性介质的进入，进而导致整体结构及功能的破坏，对固井水泥环而言，裂缝的产生会造成水泥环密封完整性的下降，严重时会导致环空窜流，威胁安全生产。为延长基础设施的使用寿命，水泥自修复技术的研究意义重大，尤其是对处于井下几千米的固井水泥环而言，高效的自修复对于确保水泥环长期密封安全，提高油气开采效率必须可少。因此，无需人工干预的自愈合水泥浆作为近年来迅速发展的一项技术极具经济意义与实用价值。
[0003]自主愈合是一种常见的自愈合方式，即在水泥基材料成型时内置自愈合剂，当服役期间发生开裂时，裂缝触发自愈合剂与水泥基质和外界环境反应，生成自愈合产物封堵裂缝，主要包括微胶囊、微生物、形状记忆合金以及吸水/油膨胀物等。其中，基于微胶囊的自愈技术具有易于操作、可灵活设计、自愈性好等特点。然而，现有的微胶囊自愈合剂极易导致水泥石力学性能的下降，同时自修复效率取决于微胶囊的破裂率，因此亟需研发新的自愈合剂以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种碱响应自愈合剂的制备方法，该制备方法获得的碱响应自愈合剂快速、智能碱性响应，对水泥机械性能无负面影响。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法获得的碱响应自愈合剂。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种碱响应自愈合剂的应用。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0008]一种碱响应自愈合剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，将纳米粘土加入六偏磷酸钠溶液中加热搅拌，静置后取上层悬浮液过筛，离心、洗涤、干燥至恒重，煅烧，得到煅烧后纳米粘土；
[0010]在所述步骤1中，所述纳米粘土为工业级纳米粘土，具体为埃洛石。
[0011]在所述步骤1中，所述加热搅拌的温度为50～70℃，加热搅拌的时间为1.5～4h。
[0012]在所述步骤1中，所述静置的时间为20～60min。
[0013]在所述步骤1中，过筛所用的筛子为200目。
[0014]在所述步骤1中，离心所用转速为8000～10000rpm，离心时间为10～20min。
[0015]在所述步骤1中，所述煅烧的时间为2.5～5h，煅烧的温度为350～600℃。
[0016]步骤2，将步骤1所得的煅烧后纳米粘土与无机盐溶液搅拌，并分散均匀，多次抽真
空负载并将压力回升至大气压保持平衡后，离心，洗涤，得到负载后纳米粘土，其中，按质量份数计，所述煅烧后纳米粘土和无机盐溶液的比为1:10，所述无机盐溶液的浓度为0.1～0.3g/mL。
[0017]在所述步骤2中，所述无机盐溶液为九水合硅酸钠溶液或磷酸二氢钠溶液。
[0018]在所述步骤2中，搅拌时间为5～10min。
[0019]在所述步骤2中，所述分散均匀是在超声细胞粉碎机中进行，分散的时间为5～20min。
[0020]在所述步骤2中，所述抽真空负载的时间为30～60min。
[0021]在所述步骤2中，所述压力回升至大气压保持平衡的时间为5～10min。
[0022]在所述步骤2中，离心所用转速为6000～8000rpm，离心时间为5～8min。
[0023]在所述步骤2中，所述多次的次数为2～4次。
[0024]步骤3，将步骤2所得的负载后纳米粘土和阳离子聚电解质溶液混合均匀，加入氯化钠搅拌均匀，以使更好形成聚电解质膜，离心，洗涤，得到电荷中和纳米粘土，其中，按质量份数计，所述负载后纳米粘土、阳离子电解质溶液和氯化钠的比为1:20：0.6，所述阳离子聚电解质溶液的浓度为2～4mg/mL。
[0025]在所述步骤3中，所述阳离子聚电解质溶液的阳离子聚电解质为聚(丙烯胺盐酸盐)、壳聚糖、聚二烯丙基二甲基氯化铵或聚乙烯亚胺。
[0026]在所述步骤3中，所述混合均匀的时间为5～10min。
[0027]在所述步骤3中，所述搅拌均匀的时间为5～10min。
[0028]在所述步骤3中，离心所用转速为6000～8000rpm，离心时间为5～8min。
[0029]步骤4，将步骤3所得的电荷中和纳米粘土和阴离子聚电解质溶液搅拌均匀，离心，洗涤，其中，按质量份数计，所述电荷中和纳米粘土和阴离子聚电解质溶液的比为1:20，所述阴离子聚电解质溶液的浓度为2～4mg/mL。
[0030]在所述步骤4中，所述阴离子聚电解质溶液的阴离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸、聚乙烯基磺酸或聚磷酸铵。
[0031]在所述步骤4中，所述搅拌均匀的时间为5～10min。
[0032]在所述步骤4中，离心所用转速为6000～8000rpm，离心时间为5～8min。
[0033]步骤5，依次重复步骤3和步骤4的过程1～2次，干燥至恒重，得到碱响应自愈合剂。
[0034]在所述步骤5中，所述干燥的温度为60℃。
[0035]上述制备方法获得的碱响应自愈合剂。
[0036]上述碱响应自愈合剂在水泥基材料裂缝封堵中的应用。
[0037]本专利技术的优点和有益效果为：
[0038]1、本专利技术以纳米粘土作为自愈合组分的载体，在利用其中空管腔负载无机盐的同时，其管状纳米结构和表面化学组成(铝氧八面体和硅氧四面体)对水泥石强度的发展大有裨益，可有效降低水泥常规微胶囊自愈合剂引发的水泥石强度下降。
[0039]2、利用层层自组装技术将负载后的纳米粘土依次加入聚电解质溶液中，通过粘土表面电荷与聚电解质之间的静电相互作用力在纳米粘土表面交替沉积多层聚电解质薄膜，从而对负载自愈合组分的粘土进行有效封装。该封装过程操作简单，具有较快的封装速度，且所形成聚电解质膜的厚度可控，方便调控所得自愈合剂的裂缝响应能力。
[0040]3、利用层层自组装技术所形成的聚电解质膜层具有碱响应能力，在水泥碱性环境下能够逐渐剥落。而后在服役开裂期间，水分进入裂缝内部，碱响应自愈合剂内部无机盐被释放并进一步与水泥石内部溶解的Ca
2+
发生反应，生成自愈合产物从而有效封堵裂缝，该产品能够快速释放可反应组分，实现裂缝的有效自愈合。
附图说明
[0041]图1为本专利技术的碱响应自愈合剂的碱响应行为，其中，(a)为实施例1制备的碱响应自愈合剂，(b)为实施例2制备的碱响应自愈合剂，(c)为实施例3制备的碱响应自愈合剂。
[0042]图2为掺入实施例1制备的碱响应自愈合剂的油井水泥石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱响应自愈合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将纳米粘土加入六偏磷酸钠溶液中加热搅拌，静置后取上层悬浮液过筛，离心、洗涤、干燥至恒重，煅烧，得到煅烧后纳米粘土；步骤2，将步骤1所得的煅烧后纳米粘土与无机盐溶液搅拌并分散均匀，多次抽真空负载并将压力回升至大气压保持平衡后，离心，洗涤，得到负载后纳米粘土，其中，按质量份数计，所述煅烧后纳米粘土和无机盐溶液的比为1:10，所述无机盐溶液的浓度为0.1～0.3g/mL；步骤3，将步骤2所得的负载后纳米粘土和阳离子聚电解质溶液混合均匀，加入氯化钠搅拌均匀，以使更好形成聚电解质膜，离心，洗涤，得到电荷中和纳米粘土，其中，按质量份数计，所述负载后纳米粘土、阳离子电解质溶液和氯化钠的比为1:20：0.6，所述阳离子聚电解质溶液的浓度为2～4mg/mL；步骤4，将步骤3所得的电荷中和纳米粘土和阴离子聚电解质溶液搅拌均匀，离心，洗涤，其中，按质量份数计，所述电荷中和纳米粘土和阴离子聚电解质溶液的比为1:20，所述阴离子聚电解质溶液的浓度为2～4mg/mL；步骤5，依次重复步骤3和步骤4的过程1～2次，干燥至恒重，得到碱响应自愈合剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述纳米粘土为工业级纳米粘土，为埃洛石；在所述步骤1中，所述加热搅拌的温度为50～70℃，加热搅拌的时间为1.5～4h；在所述步骤1中，所述静置的时间为20～60min；在所述步骤1中，过筛所用的筛子为200目。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，离心所用转速为8000～10000rpm，离心时间为10～20min；在所述步骤1中，所述煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锦棠，刘明，胡苗苗，侯薇，卢海川，石凌龙，
申请(专利权)人：天津中油渤星工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：