Influence of Low Molecular Weight Polymers on the Rheology of Bentonite Suspensions Influence de polymères de faible masse moléculaire sur la rhéologie de suspensions de bentonite

Abstract

In this communication we demonstrate how relatively low molecular weight synthetic polymers significantly alter the rheological properties of Bentonite/water suspensions depending upon the polymer dosage and/or degree of surface coverage on the clay particle. The behaviour of two types of nonionic polymers are reported; a series of nonylphenol poly(propylene oxide) poly(ethylene oxide) polymers with varying EO chain length and a series consisting of an ABA block copolymer of poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide) with varying EO chain length. Adsorption isotherms of dilute clay suspensions showed a higher uptake of the lowest molecular weight polymer (in µmol/m²) for each series. The adsorbed amount G increases in the order NPE > PEO > PE. The oscillatory shear and steady state shear stress-shear rate measurements of concentrated clay suspensions (3-6% w/v) facilitate the interpretation of the particle-particle interactions. The yield stress, plastic viscosity and elastic modulus showed a maximum at about 50% surface coverage by the NPE polymers, and a subsequent decrease due to stabilisation of the suspension. For the PE polymers these parameters continously decreased as the surface of the clay particle was covered. Scaling of the elastic modulus with increasing clay content allows the determination of the exponent n from a power-law fit G = Kon which qualitatively describes the degree of dispersion for the different polymers. Preliminary results of the effect of temperature and pressure on Bentonite/polymer suspensions are also presented. Dans cette communication, nous démontrons comment les polymères synthétiques de masse moléculaire relativement faible modifient notablement les propriétés rhéologiques de suspensions de bentonite dans l'eau en fonction de polymère et/ou du degré de couverture superficielle de la particule d'argile. Les comportements de deux types de polymères non ioniques sont décrits: une série de polymères à oxyde de polypropylène -oxyde de polyéthylène nonylphénol avec longueur de chaîne EO variable et une série composée d'un copolymère à bloc ABA d'oxyde de polypropylène- oxyde de polyéthylène avec longueur de chaîne EO variable. Les isothermes d'adsorption de suspensions d'argile dilué ont montré une plus grande teneur en polymère de plus faible masse moléculaire (en µmol/m²) dans chaque série. La quantité adsorbée augmente dans la proportion de NPE > PEO > PE. Les mesures de taux de rupture et contrainte de la rupture oscillatoire et de la rupture stabilisée des suspensions d'argile concentrée (3 à 6%/v) facilitent l'interprétation des interactions de particule. Le seuil d'écoulement, la viscosité plastique et le module élastique ont montré un maximum pour une couverture superficielle de 50% environ par les polymères NPE, suivi d'une diminution provoquée par la stabilisation de la suspension. Dans le cas des polymères PE, ces paramètres ont diminué de manière continue au fur et à mesure du recouvrement de la particule d'argile. L'étalonnage du module élastique avec une teneur d'argile croissante permet de calculer l'exposant n à partir de la loi de puissance G' = kon qui donne une description qualitative du degré de dispersion des différents polymères. Les résultats préliminaires de l'effet de la température et de la pression sur les suspensions de bentonite et polymère sont également présentés.