CN104558401A

CN104558401A - 一种多功能离子缔合型乳液及其制备方法

Info

Publication number: CN104558401A
Application number: CN201310480327.9A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明展示出一种多功能离子缔合型乳液及其制备方法，该离子型乳液是带有两种酸性基团的阴离子和带有两种碱性阳离子基团的物质反应而成。其独特的分子结构设计并结合乳液的优异性能，使该多功能离子型缔合乳液具有以下特性，离子电荷性、静电力复合缔合力的力学性，离子型乳液的速溶性。使其在外观表现出抗电介质，耐温耐剪切，良好的絮凝和吸附作用。可作为絮凝剂，抗滤失剂，压裂增产携砂剂使用。

Description

一种多功能离子缔合型乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种乳液在石油和水处理领域有着广泛的应用，是具备多功能用途的液体，根据乳液分子独特设计结构、使其具有正负阴阳离子特性、静电引力特性、液体分子的缔合作用、及其由静电力促使缔合加强的特性，通过一定的分子链组串联成四位为一体性能的液体，使乳液凸显出了超强的结构性能，在外观表现出抗盐耐温，结构物理力增粘，絮凝吸附性好，液态结构流的流变性能，在应用领域可作为水处理絮凝剂，钻井液抗滤失剂、驱油剂、压裂增产携砂剂等多用途助剂。

背景技术

现行的石油和水领域内使用的絮凝剂、抗滤失剂、驱油剂、压增产裂携砂剂等大多数是固体状或高低聚合乳液，现行的固态物质或乳液大多数有以下几点弊端。第一：现有的絮凝剂、抗滤失剂、驱油剂、压增产裂携砂剂一大多数靠有机物质的分子量或一些独特的化学集团来发挥相应的作用，使上述化学剂在性能上顾此失彼。无法全面优越的满足使用性能上的要求。第二：靠分子量聚合式生产无疑给产品增加了成本。第三：固体状物质或大多数高分子乳液速溶性不好，使用不方便。因此开发一种能在广泛领域适用，同时又兼有多功能速效液体成为石油和水领域的课题，以便给工业生产和使用带来很大的便利。这无疑要求在性能上同时满足抗盐耐温，结构物理力增粘，絮凝，具有液态结构流体的流变性。如何满足上述要求成为科研人员研究关注的焦点，在吸收对常规有益经验和突破常规弊病束缚的科技理念下，设计一种带有负电荷的阴离子、正电荷的阳离子、带有缔合作用功能集团，以一定的分子链结合为具有独特分子结构的液体，这种带有离子和特殊功集团能在高矿化度的环境中显现出其正负离子的静电力、缔合基团的缔合力和屏蔽作用使液体具有抗盐增粘的结构流体等性能，免受使用环境矿化度、酸碱性、温度和剪切的干扰，这就要求抗滤失剂、驱油剂、压增产裂携砂剂所必须具备该特性。同时液体具有的正负电荷的吸附和架桥作是水处理剂，絮凝剂的具备的良好性能，所以研发的多功能离子缔合型乳液具有鲜明和先进的时代课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备多功能用途的液体，根据乳液分子结构上设计的正负离子静电引力促合分子链中的缔合作用为三位一体性能的液体，使乳液凸显出了超强的结构性能，在外观表现出抗盐耐温，增粘，絮凝，具有液态结构流体流变性能，本发明的另一个目的在于提供一种具备多功能用途液体的方法。

本发明是由丙烯酰胺(AM)、功能单体十六或十八烷基二甲基稀丙基氯化铵(C _(16/18)DMAAC)、丙烯酸钠(NaAA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)、小阳子单体二甲基二烯丙基氯化钱(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化按(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)等五种单体共聚而成。其中，功能单体十六烷基二甲基稀丙基氯化铵、十八烷基二甲基稀丙基氯化铵、本发明的各单体与水的重量百分比组成为：

(1)丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、功能单体、小阳子五种单体按照下述比例进行配比；

(2)0.01至0.1量％的功能单体为十六或十八烷基二甲基稀丙基氯化铵(C _(16/18)DMAAC)或其中一种或某两种混合使用；

(3)10至20重量％的丙烯酰胺；

(4)5至10重量％的丙烯酸钠。

(5)0.5至5重量％2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠

(6)5至15重量％小阳子二甲基二烯丙基氯化钱(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化按(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种。

一种生产上述稠化剂的方法，其包括如下步骤：

(1)丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、功能单体、小阳子五种单体按照比例进行配比；

(2)将上述配比好的单体在蒸馏水中进行溶液配制成水相，使溶液的pH值在7以上；

(3)将有机溶剂煤油，复合非离子乳化剂在搅拌锅内以100-600转/分速度搅拌10-45分钟，形成稳定乳液，作为油相，所述温度为25-50度；

(4)在300转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持30-60度的恒温环境；冲氮除氧10-40分钟。

(5)以上水乳液在氮气保护下用引发剂引发产生自由基使上述单体聚合，成为多功能离子缔合型乳液。

用小阳离子单体DAC和功能单体C₁₆DMAAC为例说明形成的多功能离子缔合型乳液分子模型如下式：

说明：上式中正负号表示正负离子，三角型线表示静电力，圆型线表示自身缔合力。

(1)在以乳液聚合的过程中需对溶液吹氮气15-30分钟，以除去溶液中溶解的氧，然后在氮气的保护下加入引发剂，以100-600转/分速度搅拌4-6小时。

(2)本发明的引发起始温度控制在25-60℃范围之内。优选的起始温度是25±1℃。pH值控制在7-9.5之间。pH碱性调节剂主要有氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水。对于所述引发剂没优选过硫酸盐与亚硫酸氢钠氧化还原体系复配偶氮二异丁腈。或过硫酸盐或过氧化物与亚硫酸氢钠或过氧化二苯甲酰PO与过氧化苯甲酸叔丁酯P复合引发体系，油溶体系有偶氮类化合物如偶氮二异丁腈催化剂的量一般为单体的0.0003-5％重量。

(3)本发明的目的是提供一种具备多功能用途的液体，在外观上表现出抗盐耐温，结构物理力增粘，絮凝，液态结构流的流变性能，在应用领域可作为水处理絮凝剂，钻井液抗滤失剂、驱油剂、压裂增产携砂剂等多用途助剂。

具体实施方式

下面将根据具体的实施例对本发明的多功能离子缔合型乳液及其生产过程做详细的说明。

实施例1

各单体的重量配比DAC∶AM∶NaAA∶C₁₆DMAAC∶NaAMPS＝10∶20∶5∶0.2∶0.3。

多功能离子缔合型乳液的配制：

1、在100烧杯中加入蒸馏水25，加入DAC单体10g，加入AM单体20g，加入NaAA单体3g，加入C₁₆DMAAC单体0.2g，加入NaAMPS单体0.3g用氢氧化钠调pH止7.2，通入氮气，在搅拌溶解，调节温度25±1℃。作为水相。

2、称取4g复合非离子型乳化剂由Span65和Twee65使其量按10∶1，加入有机溶剂煤油28g以500转/分速度搅拌40分钟，形成稳定乳液，作为油相。

3、在500转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持45度的恒温环境，在氮气保护下加入0.07％过硫酸铵与亚硫酸钠，搅拌反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液，编号为Gk-1等候检测。

实施例2

各单体的重量配比DAC∶AM∶NaAA∶C₁₆DMAAC∶NaAMPS＝8∶21∶7∶0.1∶0.3。

多功能离子缔合型乳液的配制：

1、在100烧杯中加入蒸馏水26，加入DAC单体8g，加入AM单体21g，加入NaAA单体7g，加入C₁₆DMAAC单体0.1g，加入NaAMPS单体0.3g用氢氧化钠调pH止7.9，通入氮气，在搅拌溶解，调节温度25±1℃。作为水相。

2、称取4g复合非离子型乳化剂由Span65、OP-10、wee65使其量比按6∶0.5∶1，加入有机溶剂煤油29g以500转/分速度搅拌40分钟，形成稳定乳液，作为油相。

3、在500转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持45度的恒温环境，在氮气保护下加入0.1％过硫酸铵与亚硫酸钠，搅拌反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液，编号为Gk-2等候检测。

实施例3

各单体的重量配比DAC∶AM∶NaAA∶C₁₆DMAAC∶NaAMPS＝12∶20∶5∶0.01∶0.2。

多功能离子缔合型乳液的配制：

1、在100烧杯中加入蒸馏水26，加入DAC单体12g，加入AM单体20g，加入NaAA单体5g，加入C₁₆DMAAC单体0.01g，加入NaAMPS单体0.2g用氢氧化钠调pH止7.0，通入氮气，在搅拌溶解，调节温度25±1℃。作为水相。

2、称取4g复合非离子型乳化剂由Span80和Twee80使其量比按4∶1，加入有机溶剂煤油28g以500转/分速度搅拌30分钟，形成稳定乳液，作为油相。

3、在500转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持47度的恒温环境，在氮气保护下加入0.10％过硫酸铵与亚硫酸钠，0.05％偶氮二异丁腈，搅拌反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液，编号为Gk-3等候检测。

实施例4

各单体的重量配比DMC∶AM∶NaAA∶C₁₆DMAAC∶NaAMPS＝11∶20∶6∶0.2∶0.5。

多功能离子缔合型乳液的配制：

1、在100烧杯中加入蒸馏水26，加入DMC单体11g，加入AM单体20g，加入NaAA单体6g，加入C₁₆DMAAC单体0.2g，加入NaAMPS单体0.5g用氢氧化钠调pH止8.9，通入氮气，在搅拌溶解，调节温度25±1℃。作为水相。

2、称取4.3g复合非离子型乳化剂由Span80和Twee60使其量比按6∶2，加入有机溶剂煤油29g以500转/分速度搅拌30分钟，形成稳定乳液，作为油相。

3、在400转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持50度的恒温环境，在氮气保护下加入0.09％过硫酸铵与亚硫酸钠，0.05％偶氮二异丁腈，搅拌反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液，编号为Gk-4等候检测.

实施例5

各单体的重量配比DAC∶AM∶NaAA∶C₁₈DMAAC∶NaAMPS＝12∶20∶6∶0.01∶0.6。

多功能离子缔合型乳液的配制：

1、在100烧杯中加入蒸馏水26，加入DAC单体12g，加入AM单体20g，加入NaAA单体6g，加入C₁₈DMAAC单体0.01g，加入NaAMPS单体0.6g用氢氧化钠调pH止8，通入氮气，在搅拌溶解，调节温度25±1℃。作为水相。

2、称取3.9g复合非离子型乳化剂由Span80和Twee20使其量比按7∶0.5，加入有机溶剂煤油29g以550转/分速度搅拌25分钟，形成稳定乳液，作为油相。

3、在400转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持50度的恒温环境，在氮气保护下加入0.11％过硫酸铵与亚硫酸钠，0.03％偶氮二异丁腈，搅拌反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液，编号为Gk-5等候检测。

对上述产品进行使用性能方面的检测(结果如表1）。

表1

从上面的检测结果来看，G-3产品是按照本发明方法多功能离子缔合型乳液配方进行反应得到的产品，其静电力较大，缔合结构较强。流变性好，抗盐耐温性良好，吸附絮凝性能好，抗滤失性突出，携砂良好。

Claims

1.一种多功能离子缔合型乳液，其特征在于：由丙烯酰胺(AM)，功能单体十六或十八烷基二甲基稀丙基氯化铵(C_(16/18)DMAAC)，丙烯酸钠(NaAA)，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)，小阳子单体二甲基二烯丙基氯化钱(DMDAAC)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化按(DMC)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)等选其一，共五种单体通过乳液共聚而成。其中乳液由水、有机液体、非离子型乳化剂通过搅拌而成。

2.如权利要求1所述的有机液体为可以为脂肪族、脂环族、芳香族化合物或其混合物，常用的有正己烷、正辛烷、白油、煤油、汽油等。

3.如权利要求1所述的非离子型乳化剂为Span、Tween和OP系列任选两种或三种复合而成，其复合后乳化剂量比为(10～3)∶(3～1)∶(1～0.3)。

4.如权利要求1所述的多功能离子缔合型乳液，其特征在于：在共聚过程中各单体与乳液的重量配比为：

(1)0.01至0.3量％的功能单体为十六或十八烷基二甲基稀丙基氯化铵(C _(16/18)DMAAC)或其中一种或某两种混合使用；

(2)10至20重量％的丙烯酰胺；

(3)5至10重量％的丙烯酸钠；

(4)0.2至5重量％2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠；

(5)5至15重量％小阳子二甲基二烯丙基氯化钱(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化按(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种；

(6)余量为乳液。其中水∶有机液体∶非离子乳化剂为(10-20)∶(10-25)∶(2-8)。.

5.一种生产权利要求1所述多功能离子缔合型乳液的方法，其包括如下步骤：

(1)选定丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、小阳子单体、功能单体五种单体按照一定比例进行配比；

(2)选定水、有机液体例如煤油，复合非离子乳化剂例如Span65与Tween65，按一定的比例配比生成。

6.如按权利1要求的多功能离子缔合型乳液的制备方法：

(1)上述五种单体按权利4要求的配比溶于蒸馏水中，调节pH值至6-9，作为水相；

(2)按权利4的要求称取有机溶剂煤油，复合非离子乳化剂在搅拌锅内以100-600转/分速度搅拌10-45分钟，形成稳定乳液，作为油相；

(3)在300转/分钟的转速下将水相缓慢加入油相，保持30-60度的恒温环境，在氮气保护下加入0.15％引发剂，持续反应4-6小时，形成多功能离子缔合型乳液。

7.如权利要求5中所述，其复合非离子型乳化剂由Span、Tween和OP三种一种或两种或三种复合而成，并要求其比例(10～3)∶(3～1)∶(1～0.3)之间。

8.如权利要求6所述的方法其乳化和反应过程的搅拌速度在100-600转/分。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述引发剂水溶性引发剂氧化还原体系或油溶性体系偶氮体系或水溶复合油溶体系，其中氧化体系有过硫酸盐或过氧化物与亚硫酸氢钠或过氧化二苯甲酰PO与过氧化苯甲酸叔丁酯P复合引发体系，油溶体系有偶氮类化合物如偶氮二异丁腈，其中水溶性体系中还原剂也可用有机胺类、低价金属还原剂等，所述引发剂也可以由上述催化剂类型中的两种或更多种催化剂组成。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于：引发剂的量为单体重量的0.0003-5％。