聚乙烯醇的超滤膜实验

① 超滤膜的分类及标准

超滤是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的一种微孔过滤膜。超滤膜采用压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。以膜的额定孔径范围作为区分标准时压力差为推动力的膜过滤可区分为：微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm;超滤膜(UF)为0.001～0.02μm;反渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。
超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。
又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，双分为内压式和外压式。现在应用的为清一色全为外压式。主要优点为单位容积内装填的有效膜面积大，且占地面积小。
超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物(例如：醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料)、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。由此可知，超滤膜较适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。PTFE(聚四氟乙烯)：适合水系及各种有机溶剂，耐所有溶剂，低溶解性。具有透气不透水、气通量大、高微粒截留率、耐温性好，抗强酸、碱、有机溶剂和氧化剂，耐老化及不粘、不燃性和无毒、生物相容性等特点。其相关产品广泛应用于化工、医药、环保、电子、食品、能源等领域。水系PES(聚醚砜)：具有较高的化学和热稳定性，流速快、耐酸碱能力强(pH范围1-14);具有高机械强度。水系CA(醋酸纤维)：适合水溶液，较低的蛋白吸附，流速高，热稳定性强，不适用于有机溶剂，特别适用于水基溶液。有机系尼龙：具有良好的亲水性，耐酸耐碱，抗氧化剂。不仅适用于含有酸碱性的水溶液，更适用于含有有机溶剂，如醇类、烃类、脂类、酚类、酮类等有机溶剂。有机系尼龙：适用于绝大多数有机溶剂和水溶液，可用于强酸，70%乙醇、二氯甲烷等有机溶剂。
超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，其中，中空纤维式国内应用较为广泛的一种，其典型特点为没有膜的支撑物，是靠纤维管的本身强度来承受工作压压力的。超滤膜目前广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。

② 聚乙烯醇水凝胶的实验室制备方法

1、PVA选择低醇解度的比如1788、2488溶解于冷水中，升温到75度加速并全部溶解后，按PVA质量分数的0.5%-1%加入硼酸水溶液或者四硼酸钠水溶液，快速搅拌一下就是水凝胶了。

2、冻干法，把PVA的水溶液进行反复低温冷冻-化冻-冷冻-化冻，经过3、4个循环后PVA在物理变温的情况下就形成了坚实的水凝胶

聚乙烯醇：有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味。溶于水(95℃以上），微溶于二甲基亚砜，不溶于汽油、煤油、植物油。

(2)聚乙烯醇的超滤膜实验扩展阅读：

聚乙烯醇的特点：

1、物理性质受化学结构、醇解度、聚合度的影响。

2、聚乙烯醇分子中存在着两种化学结构，即1,3和1,2乙二醇结构，但主要的结构是1,3乙二醇结构，即“头·尾”结构。聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度（分子量25～30万）、高聚合度（分子量17－22万）、中聚合度（分子量12～15万）和低聚合度〔2．5～3.5万〕。

3、聚醋酸乙烯乳液聚合的乳化稳定剂。用于制造水溶性胶粘剂。用作淀粉胶粘剂的改性剂。还可用于制备感光胶和耐苯类溶剂的密封胶。也用作脱模剂，分散剂等。贮存于阴凉、干燥的库房内．防潮，防火。

③ 聚乙烯醇在聚合反应中起什么作用

聚乙烯醇在聚合反应中起形成保护膜、降低界面张力并增加体系(介质)的粘度的作用。

聚乙烯醇的物理性质受化学结构、醇解度、聚合度的影响。

在聚乙烯醇分子中存在着两种化学结构，即1,3和1,2乙二醇结构，但主要的结构是1,3乙二醇结构，即“头·尾”结构。

聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度（分子量25～30万）、高聚合度（分子量17－22万）、中聚合度（分子量12～15万）和低聚合度〔2．5～3.5万〕。醇解度一般有78%、88%、98%三种。部分醇解的醇解度通常为87%～89%，完全醇解的醇解度为98%～100%。

(3)聚乙烯醇的超滤膜实验扩展阅读

密度：聚乙烯醇的相对密度(25℃/4℃）1.27～1．31（固体）、1.02(10%溶液）。

玻璃化温度：75～85℃。

受热性能：在空气中加热至100℃以上慢慢变色、脆化。加热至160～170℃脱水醚化，失去溶解性，加热到200 ℃开始分解。超过250℃变成含有共轭双键的聚合物。

溶解性：溶于水，为了完全溶解一般需加热到65～75℃。不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等。微溶于二甲基亚砜。120～l50℃可溶于甘油，但冷至室温时成为胶冻。

成膜性PVA易成膜，其膜的机械性能优良，膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强。

粘接性PVA与亲水性的纤维素有很好的粘接力。一般情况，聚合度、醇解度越高，粘接强度越强。

热稳定性PVA粉末加热到100℃左右时，外观逐渐发生变化。部分醇解的PVA在190℃左右开始熔化,200℃时发生分解。完全醇解的PVA在230℃左右才开始熔化,240℃时分解。热裂解实验表明：聚合度越低，重量减少越快；醇解度越高，分解时间越短。

④ 聚乙烯醇降失水剂的作用机理研究

刘学鹏^1，2 张明昌¹ 张林海¹ 丁士东¹ 刘 伟¹

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；

2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

摘 要 目前，对油井水泥降失水剂作用机理的研究认识多是推测，没有详细的数据支撑。本文从失水量、滤液黏度和滤饼结构等试验数据出发，解释了聚乙烯醇降失水剂的作用机理。研究结果表明，聚乙烯醇降低失水量的主要影响因素不是其对水泥浆液的增黏作用，而是其对滤饼渗透率的降低，即在滤饼和过滤介质表面形成一层致密聚合物膜。

关键词 油井水泥 降失水剂 聚乙烯醇 作用机理

Mechanisms Involved in Fluid Loss Control of Oil－well

Cement Slurries by Polyvinyl Alcohol

LIU Xuepeng^1，2 ZHANG Mingchang¹，ZHANG Linhai¹，DING Shidong¹，LIU Wei¹

（1.Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 100101，China；

2.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum（Beijing），

Beijing 102249，China）

Abstract Nowadays，most of knowledge about the function mechanisms of fluid loss control agent is a conjecture without the support of laboratory date.In this paper，the function mechanisms of polyvinyl alcohol （PVA）was first systematically discussed by determining the quantity of fluid－loss，filtrate viscosity and the electrophoretic mobility of filter cake fines.The results show that main factors in FL rection by PVA is not viscosifying effect but rection in filter cake permeability：a tough，monolithic and compact polymer film is formed on the filter membrane surface under the filter cake so that the FL is not increased notably meanwhile the film formed with PVA starts to destroy and this results in abrpt increase of FL.

Key words Oil－well cement；fluid－loss additive；polyvinyl alcohol；functioning mechanisms

油井水泥降失水剂是一种能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆适当水灰比的材料，其对保证固井质量和保护油气层起着重要的作用^［1，2］。聚乙烯醇（PVA）油井水泥降失水剂具有价格适中、对水泥浆缓凝时间和抗压强度影响小且有一定的成膜防气窜作用等优点，有很好的应用前景^［3，4］。

本文以自合成的耐温120℃的非离子聚合物降失水剂聚乙烯醇PVA－120为对象，同时以耐温160℃的阴离子型（AMPS/AM/AA）共聚物降失水剂JHW－160为参照，结合陈涓等^［3］的研究思路方法，进一步阐明聚乙烯醇类降失水剂的作用机理，尝试为深入探讨降失水剂作用机理提供一种系统性的研究思路。

1 实验部分

1.1 仪器

1）常压稠化仪，沈阳航天工业研究院生产。

2）高温高压降失水仪，沈阳航天工业研究院生产。

3）Zeta电位仪，上海中晨公司生产，JS94H型。

1.2 样品

JHW－160，工业产品，以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、2－丙烯酰胺基－2－甲基丙烷磺酸钠（AMPS）聚合而成三元共聚物；PVA－120，工业产品，以聚乙烯醇17－88经醛交联得到。

2 结果与讨论

2.1 失水量与加剂量及滤液黏度的关系

表1是降失水剂加量对水泥浆失水量和滤液黏度影响的测量数据。

表1 降失水剂加量对水泥浆失水量和滤液黏度的影响

注：“－” 表示没有进行数据测量。

从表1中可以看出，JHW－160随着剂量的增加，失水量逐渐减小。而PVA－120在加量小于0.4％ BWOC时，失水量很大，随着加量进一步增大，失水量从951mL·30min^－1急剧降至34mL·30min^－1，这种现象称作“门限效应”。当进一步增加降失水剂量时，失水量不再明显降低。由此可见，PVA－120与JHW－160二者的失水规律不同，降失水机理也不相同。数据结果与文献报道一致^［3］。

从表1中可以看出PVA－120的滤液黏度随加量变化不明显，而JHW－160的滤液黏度随着加量增大逐渐增加，表现出相关性。当PVA－120的加量从0.3％BWOC增加到0.4％BWOC时失水量从951mL·30min^－1急剧降至34mL·30min^－1，而滤液黏度几乎没有任何变化，这说明滤液黏度不是聚乙烯醇降失水剂PVA－120能够控制水泥浆失水的原因；相反，对于离子聚合物类降失水剂JHW－160来说，聚合物黏度或浓度的作用是不可忽视的，随着加量的增加，加有JHW－160的水泥浆滤液黏度逐渐增加，失水量逐渐减小。

2.2 失水量与吸附量的关系

当PVA－120加量在0.4％BWOC时，75℃的失水量为34mL·30min^－1；而加量在0.3％BWOC时，却不能控制失水。因此选用这两个加量点，考察二者在水泥颗粒表面的吸附量差异，结果见表2。

表2 PVA－120在水泥颗粒表面的吸附

试验结果表明，PVA－120在水泥颗粒表面的吸附量极低，远远小于降失水剂的加量。同时，当PVA－120加量在0.4％BWOC和0.3％ BWOC时，二者在水泥颗粒表面的吸附量没有太大差别，而二者的失水分别为34mL·30min^－1和951mL·30min^－1。说明吸附在水泥颗粒表面的聚乙烯醇，不是PVA－120起降失水作用的主要原因。

2.3 失水量与滤饼电性质的关系

将滤饼重新分散在去离子水中测定滤饼颗粒的电泳迁移率，得到表3所示数据。

表3 失水量与滤饼颗粒的电泳迁移率的关系

研究PVA－120和JHW－160的滤饼可知，当PVA－120能控制住失水时，在滤饼与过滤介质的交界处形成一层厚度小于1mm的具有一定韧性的致密聚合物薄膜；同时在薄膜上层有一层较薄的滤饼，滤饼内部可见明显的不完整的薄膜夹层；而JHW－160只形成滤饼，且加剂量越大，失水量就越小，滤饼也会更薄。

分别将加有两种聚合物水泥浆失水试验得到的滤饼重新分散在去离子水中测定滤饼颗粒的电泳迁移率。发现加有PVA－120的水泥滤饼的电泳迁移率随加剂量增加变化不大，且与净浆滤饼的数值基本一致，说明滤饼的电性质没有改变，其降失水作用与此无关。这主要是由于PVA－120是非离子聚合物，不是以静电力作用吸附于水泥颗粒表面。而对于JHW－160随着加量增大，滤饼的电泳迁移率会由净浆的正值变为负值，同时当加量逐渐增大时，电泳迁移率的绝对值会更大，说明随着JHW－160的加入，水泥颗粒表面的电性质发生了本质上的改变，这种改变势必会对滤饼结构、润湿性等产生影响，进而对控制失水产生作用。研究结果与文献一致^［3］。

2.4 失水量与滤膜的关系

研究结果表明，在滤饼与滤网处形成的致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂控水的关键，只要达到形成薄膜所需的聚合物浓度，失水量就不会有明显变化。要想进一步降低失水，就必须要了解这层薄膜的结构组成和形成过程。

从电子显微镜下（图1）我们可以清楚地看到滤膜的全貌结构图，进行局部放大可以看到滤膜是由许多粒径小于100μm的颗粒相互堆积而成的，在颗粒间有粘连结构。推测滤膜的形成是由PVA分子和水泥颗粒共同组成的整体，其中水泥颗粒相互堆积，并以PVA分子相互粘连。同时，水相法激光粒度仪测量水泥颗粒粒径分布的结果（D50＝17.4μm）显示水泥颗粒的粒径确实是主要分布在100μm以下，这与电子显微镜下观察到的粒径大小基本吻合。

图1 聚乙烯醇降失水剂滤膜结构电镜显微照片

当滤膜形成后，水泥浆的失水状态得到明显改善，失水量会瞬间减少，但是依然会有少量流出。这可能是由于滤膜结构是由水泥颗粒堆积而成，而水泥颗粒的直径分布显示其中粒径小于1μm的颗粒很少，这样滤膜上颗粒堆积会留有一些小的空隙不能被有效封堵（在电镜图中表现为黑色空洞），它们一旦串通就会表现为失水量的不断增加。推测，如果加入小粒径的材料封堵住这部分空隙，失水量将减小。

固定PVA－120加量为0.8％BWOC，采用0.5％缓凝剂DZH －2、水灰比0.44、嘉华G级水泥的基浆配方，在100℃测定其失水量为17.2mL，见表4。由于水泥的粒径主要分布在1～100μm，所以分别选用中等粒径的材料超细硅粉（D₅₀＝8.3μm）和小粒径材料纳米锰粉（D₅₀＝0.9μm），考察其对失水量的改善效果，结果见表4。

表4是100℃时3次试验的平均值。从数据结果看，随着加入材料粒径的减小，失水量逐渐减少。这也证明了改善滤膜堆积空隙结构能够提高其控失水效果的推测。

表4 加入小粒径材料后的失水数据

2.5 降失水剂的作用机理

油井水泥浆降失水剂作为油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败和油井寿命、产能等一系列问题。目前应用较多的是阴离子聚合物体系（以AMPS为主要单体）和非离子聚合物体系（含胶乳体系和聚乙烯醇体系）。通过上文研究，进一步证明了这两类降失水剂的作用机理是不同的。阴离子聚合物体系是通过改变滤饼电性、增加游离液黏度实现控水的；在滤饼与滤网处形成致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂控水的关键。

3 结论

1）阴离子聚合物JHW－160是通过改变滤饼电性、增加游离液黏度实现控水的。

2）在滤饼与滤网处形成致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂PVA －120控水的关键。

3）增强聚乙烯醇类降失水剂滤膜的耐温性、改善滤膜的结构才是提高其抗温性能、增加其降失水效率的关键。

参考文献

［1］Plank J，Dugonjić－Bilić F，et al.Working mechanism of poly（vinyl alcohol）cement fluid loss additive［J］.Journal of Applied Polymer Science，2010，117（4）：2290～2298.

［2］张明昌.固井工艺技术［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［3］陈涓.固井水泥降失水剂结构与性能关系的研究［D］.中国石化石油化工科学研究院博士论文，2002.

［4］彭雷，房恩楼，张敬涛，等.交联聚乙烯醇的防窜机理及应用［J］.钻井液与完井液，2007，24（3）：39～44.

［5］谢惠波.重铬酸钾氧化法测定伯、仲醇［J］.四川化工，1996，2：32～33.

［6］陈涓，彭朴，汪燮卿.化学交联聚乙烯醇的降滤失机理［J］.油田化学，2002，19（2），101～104.

⑤ 超滤膜过滤原理是什么

超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。

⑥ 迷信用银粉纸的涂布涂布剂配制

咨询记录 · 回答于2021-04-28

⑦ 杨虎的研究方向及主要成果

主要从事高分子材料表面改性、膜分离、植物有效成分提取方面的工作。
1. 上海市科委重大项目， 耐污染、长效中药分离膜及实用化装置，项目编号 02DZ11016，2002.6-2004.12，项目负责人
2. 国家973重点基础研究发展计划（No2003CB6257005）子项目， 2003-2005，主要参与人之一
3. 教育部聚合物分子工程重点实验室项目，相转变法制备聚乙烯醇超滤膜的研究，2003.9-2004.12，项目负责人

⑧ 帮我介绍一下聚乙烯醇的常见化学反应现象..特别是高温有关的.谢

通过13C-NMR解析了采用传统工艺(碱—酸—碱工艺)合成聚乙烯醇改性脲醛树脂反应过程中的结构变化,并推测其反应。结果表明:碱性条件下,甲醛与尿素以加成反应为主,反应生成大量的一羟甲脲,尿素全部参与反应,甲醛此时以聚合状态存在,同时也有缩聚反应的发生;酸性阶段以缩聚反应为主,形成以亚甲基键或醚键连接大分子体系,聚合状态的甲醛已全部分解,并以甲二醇的形式参与缩聚反应;第3次尿素的加入明显地降低了反应体系中的游离甲醛含量,同时生成物主要为一羟甲脲。聚乙烯醇单体的化学结构在13C-NMR上有较好的表征,但可以证明有聚乙烯醇缩甲醛生成的化学位移未被检测到,因此在该实验范围内,没有聚乙烯醇缩甲醛生成。
用聚乙烯醇改性脲醛树脂是提高脲醛树脂预压性能较理想的方法,传统的脲醛树脂合成条件是弱碱—弱酸—弱碱,在此条件下是否有聚乙烯醇缩甲醛生成需要通过结构研究证实,聚乙烯醇缩甲醛的合成一般在强酸(pH3)条件下进行。笔者借助13C-NMR来研究传统合成工艺条件下,聚乙烯醇改性

⑨ 超滤膜有哪几种材质，哪几种规格的啊请知道的朋友告诉我一下，谢谢。

超滤膜的材质：

PAN材质：

PAN是较早应用的一种膜材料，本身为种亲水性材料，易于版成膜。但强度低，脆性权大，耐酸碱程度较弱，但制膜成本低。

应用于净水过滤，尤其是家用净水器。

PVC材质

强度和伸长率比PAN好，不易断丝，材料来源广泛，价格低廉。缺点是非亲水性材料，需亲水改性才能制成性能优良的超滤膜。

应用于净水过滤，工业水处理。

PS材质

具有良好的化学稳定性,耐酸碱性好，透水性能较好,强度比较好，耐高温，生物融合好，但原料价格很较高，可做很低的截留分子量的超滤膜。

适合特殊物料分离，浓缩提纯以及耐高温的特殊应用。

PVDF材质

此种材质最大特点是，伸长率极高，不易断丝。耐酸碱性很好，抗污染性强，耐化学清洗及耐高浓度的余氯溶液。其缺点是材料成本很高，过滤精度低，表面强度低。

适合工业废水处理的应用。

PP材质

材料价格低，制膜过程环保，低耗，成本低，耐酸碱性很好，耐有机溶剂。通常采用拉伸法生产，达到微滤级，过滤精度低，容易受污染，不易反洗恢复，强拉伸强度高，膜面积大。

应用于净水过滤，污水处理。

⑩ 超滤膜的净水原理是什么

超滤膜的过复滤原理是什制么?

1. 超滤膜的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

2. 每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而较小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。在单位膜丝面积产水量不变的情况下，滤芯装填的膜面积越大，则滤芯的总产水量越多。

你所问的从内到外，还是从外到内，这两种都有，因为超滤膜有两种分别是：内压式和外压式

内压式的超滤膜就是从内到外。

外压式的超滤膜就是从外到内。