CN103804218A - 一种带螯合性基团单体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带螯合性基团单体，由丙烯酰胺和氯乙酸混合反应而成，且按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5～1∶2.2。本发明公开的带螯合性基团单体的各项性能指标均优良，且合成成本低，具有很好的市场价值。

Description

一种带螯合性基团单体

技术领域

本发明涉及一种带螯合性基团单体。

背景技术

防垢剂的早期应用可追溯到上世纪30年代，当时所用的防垢剂多为天然产物(如木质素和丹宁等)，在组成和性能上并不稳定，加酸(硫酸或盐酸)控垢也是这一年代所用方法之一。到了上世纪40年代，人们已经能够利用Langelier指数或Ryznar指数预测水的结垢倾向，但在技术上仍采用加酸调pH值的控垢手段。自上世纪50年代国外首次采用聚磷酸盐作防垢剂以来，防垢剂在国外发展迅速，目前已有数千种防垢剂投放市场，如美国的Nalco-8365、Nalco-3350；日本的T-225，NW-25等。我国的防垢剂的研究起步较晚，但发展速度很快，目前差不多国外有的产品我国也能生产。国内油气田常用防垢剂主要有有机膦酸盐类、高分子聚合物类、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类。一般说来，有机膦酸盐(酯)主要用于防碳酸盐垢，聚羧酸及其衍生物主要用于防硫酸盐垢，复合防垢剂主要用于防混合垢。自80年代末以来，国内外对有机膦羧酸、含磷聚合物类防垢剂的开发给予了极大关注，相继开发了多种产品。该类防垢剂分子结构中既还有膦酸基团(-PO3H2)，又含有羧酸基团(-COOH)，因此，它同时具有防垢和缓蚀两种性能，不仅对碳酸盐垢防垢效果好，而且对CaSO4、BaSO4等硫酸盐垢也非常有效。

水溶性聚合物防垢剂在油田水处理上得到了比较广泛的应用，在油田锅炉水、工业循环冷却水、注水***和油水集输***等水处理方面都有显著的效果。我国对水处理技术的研究起步较晚，与国外的发展还有一定的差距。美国从1930年开始研究应用水处理剂，日本1955年开始研究应用水处理剂。我国从80年代开始研究聚合物水处理剂，至今已研究出许多新型的油田水处理剂，目前我国油田每年约消耗水处理剂7700吨。

80年代初，丙烯酸/丙烯酸羟烷基酯的二元和三元共聚物作为商品进入我国。80年代中期，实现了国产化，奠定了我国研制水溶性聚合物水处理剂的基础。在这方面曹新庄等研究了丙烯酸羟烷基酯多元共聚物的浓度对磷酸钙、硫酸钙、氢氧化铁的阻垢率的关系。

80年代后期，吴振德等合成了-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸/丙烯酸共聚物(SA/AA)，发现这类化合物对磷酸钙的阻垢能力较强，同时进行了磺化苯乙烯/马来酸酐和丙烯酸三元共聚物的研制；朱清泉等合成了马来酸酐和乙酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯

酸甲酯、丙烯酰胺等的二元或三元共聚物，发现对CaCO3和CaSO4垢有较好的抑制性能。近年来开发了聚膦羧酸，它是由丙烯酸和次磷酸聚合而成，与膦羧酸复配对CaSO4垢具有很好的防垢性能。刁月民等由水解聚马-丙共聚物和亚磷酸为原料，一步合成得到膦酸化马-丙聚合物，它具有阻垢和缓蚀的双重功能。由于油田生产与建设用锅炉等加热***、输水输气设备、管线、地层孔隙、裂缝、井筒、油管、注水***、油水集输***等表面经常会出现结垢和腐蚀，不仅影响了油田产量，而且也降低加热***的传热效率和设备的寿命。

在各类垢中，硫酸盐垢是最难处理的，特别是BaSO4，因此各国都在竟相研究其对付办法。M.C.Van等人进行了旨在确定聚羧酸分子结构与其抑制BaSO4晶体生长能力间关系的研究，他们采用了聚羧酸和聚马来酸为主干的接有不同亲、憎水基团(如羟基、羧酸、磺基、酰基)的聚电解质及聚丙烯酸和两种马来酸进行实验。实验结果表明，憎水基团的引入往往使防垢效果降低，如果引入的基团能够取代或增强象羧基这类基团的浓度和BaSO4、CaSO4晶体上的钡、钙的络合稳定性，那么就能增强防垢能力。上述研究结果已为实验所证实，丙烯酸、马来酸与许多带有羟基、磺基、酰基的烯类单体或次膦酸所合成的共聚物(齐聚物)均表现出较好的防垢的BaSO4、CaSO4能力。如成都科技大学与长庆油田共同研制的BS-2E，天研院开发的CT4-52，美国Nalco公司生产的V-953等防垢剂。BS-2E防垢剂(马来酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物与有机膦酸盐复配)对于抑制BaSO4、SrSO4结垢有很好的效果，其性能基本达到了美国Nalco公司生产的V-953水平。CT4-52防垢剂(膦基聚马来酸酐)不仅能有效地抑制碳酸盐结垢，而且对BaSO4、SrSO4等硫酸盐垢也有很好的阻垢效果。

在各类钡、锶垢防垢剂的研制过程中，聚合物防垢剂的研发是一大热点。目前，国内已经开发出了一些性能优异的防垢剂，国内多用其它单体与马来酸酐、丙烯酸共聚以期提高防垢效率，如丙烯酸/丙烯酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺共聚物、磺化苯乙烯/马来酸酐共聚物、马来酸酐/醋酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物等。但由于没有从根本上改变聚合物的结构，达不到预期的效果。国外在这方面的研究也非常活跃，能生物降解的聚天冬氨酸盐的防垢剂在研究之中，莫比尔石油公司开发出一种新防垢剂，能够抑制多价金属离子结垢，据报道Ambar强化增产集团公司将具有螯合性能的产物用于防碳酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢的生成，加拿大也正在研制一种能防硫酸钡垢的防垢剂。

为防止设备腐蚀和结垢、防止地层结垢堵塞地层、减少腐蚀结垢，提高油田水处理技术水平，油田已开始研制新型水处理剂。其发展趋势是研制使用复合水处理剂，克服单一配方的局限性，使复合配方具有协同效应。随着近年来环保意识的提高，人们开始着手研发绿色防垢剂，来降低甚至是消除防垢剂所带来对环境污染的副面效果。

根据高分子结构设计原理，在单体上引入螯合性基团，先合成带有螯合性基团的单体，且这种单体的均聚物或共聚物必须具备能与高价金属离子形成五元环状稳定螯合物的能力，其稳定性要优于现有大多形成七元环状螯合物的防垢剂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种带螯合性基团单体，该带螯合性基团单体的各项性能指标均优良，且合成成本低，具有很好的市场价值。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种带螯合性基团单体，由丙烯酰胺和氯乙酸混合反应而成，且按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5～1∶2.2。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶1.0。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.0。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.1。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.2。

综上所述，本发明的有益效果是：该带螯合性基团单体的各项性能指标均优良，且合成成本低，具有很好的市场价值。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：

本发明涉及的一种带螯合性基团单体，由丙烯酰胺和氯乙酸混合反应而成，且按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5～1∶2.2。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶1.0。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.0。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.1。

按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.2。

上述带螯合性基团单体的合成工艺过程如下：

(a)将丙烯酰胺和氯乙酸分别在溶剂中溶解后，加入催化剂；

(b)搅拌让其充分混合均匀；

(c)再在水浴温度下反应一段时间后，得到反应产物混合物；

(d)将反应产物混合物冷却至室温，并作过滤处理；

(e)将过滤后液体用旋转蒸发器减压蒸馏，分离后即得目标产品。

本发明为了得到最佳的丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比，做了不同丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比反应得到的带螯合性基团单体收率的影响实验，固定丙烯酰胺的物质的量，定其1，催化剂用量为0.4％(占原料的质量百分数)，改变氯乙酸的物质的量，75℃下反应5h，测定其收率，其结果如下表所示：

上表中，A代表丙烯酰胺，B代表氯乙酸，由上表可知：原料配比不同，产物的收率不同。当原料B的物质的量较低时，产物的收率也较低，而原料B的物质的量太高时，产物的收率也略有下降，当两种原料物质的量比为nA∶nB＝1∶2.1时，产率最高，达到78.5％。因此两种原料物质的量应控制在1∶2.1，才能达到比较高的收率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带螯合性基团单体，其特征在于，由丙烯酰胺和氯乙酸混合反应而成，且按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5～1∶2.2。

2.根据权利要求1所述的一种带螯合性基团单体，其特征在于，按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶0.5。

3.根据权利要求1所述的一种带螯合性基团单体，其特征在于，按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶1.0。

4.根据权利要求1所述的一种带螯合性基团单体，其特征在于，按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.0。

5.根据权利要求1所述的一种带螯合性基团单体，其特征在于，按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.1。

6.根据权利要求1所述的一种带螯合性基团单体，其特征在于，按照摩尔比计，所述丙烯酰胺和氯乙酸的摩尔比为1∶2.2。