一種新型增稠劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及瓜膠改性方法，尤其涉及一種兩性離子單體共聚瓜膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瓜膠作為增稠劑，可溶于水中形成一定的粘度，是增粘效果最好的天然植物膠，被 廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)、日用化學(xué)品、食品添加劑等許多領(lǐng)域。將其應(yīng)用于油田增稠劑時(shí)，當(dāng) 水中含鹽量較高時(shí)，由于高礦化度對(duì)瓜膠在水中的溶解和分散性產(chǎn)生了不利影響，增粘效 果會(huì)急劇變差甚至?xí)谐恋懋a(chǎn)生，從而使之失去應(yīng)有功能，因此對(duì)瓜膠進(jìn)行化學(xué)改性是十 分必要的。
[0003] 而兩性離子聚合物在抗鹽能力方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，大分子中同時(shí)帶有陽離子基團(tuán) 和陰離子基團(tuán)，在淡水中由于異性電荷的吸引作用使分子鏈卷曲，而在鹽水中由于鹽電解 出的離子屏蔽了異性電荷吸引作用，分子鏈變得更為伸展，宏觀上表現(xiàn)為體系粘度增加，但 存在溶解性能較差的缺陷，且對(duì)于油田三次采油只有丙烯酰胺單體參與共聚，才能達(dá)到增 粘強(qiáng)力效果，但含丙烯酰胺的兩性聚合物溶液隨著老化時(shí)間延長，溶液粘度大大下降，抗鹽 性能會(huì)逐步消失，另外兩性聚合物的陽離子基團(tuán)會(huì)造成聚合物在地層中的吸附量大幅度增 大，影響采用效率[王玉普，羅健輝，卜若穎.三次采油用抗溫抗鹽聚合物分析，化工進(jìn) 展，2003, 22 (3) :271-274]。
[0004] 目前，我國油氣田注水開發(fā)和壓裂產(chǎn)生的廢水量巨大，且含鹽量較高，但現(xiàn)有方法 中并沒有專門的將兩性離子聚合物與瓜膠相互作用，得到應(yīng)用于抗高濃度鹽甚至抗高價(jià)態(tài) 鹽的增稠劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種將兩性離子聚合物與瓜膠相互共聚，得到在鹽含量在 10%以下的水溶液中具有良好分散性和增稠效果的新型增稠劑及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供一種新型增稠劑，所述新型增稠劑為兩性離子單體共聚瓜膠，其分子 結(jié)構(gòu)式為：
[0007] 本發(fā)明還提供一種上述新型增稠劑的制備方法，包括以下三步驟： (1) 將馬來酸酐與N，N-二甲基-1，3-丙二胺在0~5°C反應(yīng)1~5h，得到中間產(chǎn)物， 化學(xué)反應(yīng)過程如下，化學(xué)反應(yīng)過程如下：
(2) 步驟（1)得到的中間產(chǎn)物與帶有陰離子基團(tuán)的季銨化試劑進(jìn)行接枝反應(yīng)，在50~ 60°C下反應(yīng)24~48h，得到兩性離子單體，接枝反應(yīng)過程如下：
(3) 步驟（2)得到的兩性離子單體中加入瓜膠，溶解并攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入引 發(fā)劑，密閉條件下在30~70°C下發(fā)生共聚反應(yīng)24~48h，將反應(yīng)后溶液倒入無水乙醇中， 析出白色絮狀沉淀，抽濾后烘干、粉碎得到白色粉末，為得到的兩性離子單體共聚瓜膠，其 中共聚反應(yīng)過程如下：
代表瓜膠，X為30%~70%。
[0008] 所述步驟（1)中，馬來酸酐與N，N-二甲基-1，3-丙二胺摩爾比為0. 5:1~3:1。
[0009] 所述步驟（2)中，帶有陰離子基團(tuán)的季銨化試劑包括氯乙酸鈉、氯磺酸或磷酸內(nèi) 酯。
[0010] 所述步驟（2)中，所述帶有陰離子基團(tuán)的季銨化試劑與N，N-二甲基-1，3-丙二胺 的摩爾比為0. 5:1~2:1。
[0011] 所述步驟（3)中，所述瓜膠與所述兩性離子單體的質(zhì)量比為0.5:1~2:1，所述引 發(fā)劑與所述瓜膠的質(zhì)量比為0.001:1~〇. 1:1。
[0012] 所述步驟（3)中，攪拌時(shí)間為0· 5~a。
[0013] 所述步驟（3)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)間為0· 5~2h。
[0014] 所述無水乙醇體積為步驟（3 )反應(yīng)后溶液總體積的10~20倍。
[0015] 所述烘干溫度為30~70 °C。
[0016] 本發(fā)明具有如下有益效果： 該制備方法為一種新的瓜膠改性方法，反應(yīng)條件溫和，操作過程簡(jiǎn)單，制備的兩性離子 共聚瓜膠在鹽含量10%以下的水溶液中具有良好的分散性能和增稠效果。
【附圖說明】
[0017] 圖1為兩性離子單體共聚瓜膠的紅外光譜圖； 圖2為質(zhì)量濃度0. 5%的兩性離子單體共聚瓜膠水溶液常溫下在不同濃度鹽水中的粘 度關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面通過給出的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0019] 實(shí)施例1 : (1)制備中間產(chǎn)物 將5. Ig N，N-二甲基-1，3-丙二胺溶于20g氯仿，放入150ml單口圓底燒瓶，再把4. 9g 馬來酸酐溶于40g氯仿，冰浴下將馬來酸酐溶液緩慢滴加入燒瓶，攪拌反應(yīng)1~3h至有固 體產(chǎn)生，過濾后用50~100mL氯仿清洗，烘干得白色固體7. 9g，為反應(yīng)中間體。
[0020] (2)制備兩性離子單體 將3g上述反應(yīng)中間體溶于50g水，加入氯乙酸鈉2. 5g，50°C密閉攪拌反應(yīng)24h，60°C烘 干得淡黃色粘稠液體3. 8g，為兩性離子單體，該物質(zhì)易溶于水，有強(qiáng)烈吸濕性。
[0021] (3)制備兩性離子單體共聚瓜膠 將Ig上述兩性離子單體和Ig瓜膠溶于150g水中，倒入250ml單口圓底燒瓶，攪拌均 勻后，氮?dú)獗Ｗo(hù)〇. 5h，加入引發(fā)劑0. 001g，密閉反應(yīng)器，60°C環(huán)境下靜置24h后，倒入足量無 水乙醇中，有白色絮狀沉淀析出，抽濾后60°C烘干、研磨粉碎得白色固體粉末，為目標(biāo)產(chǎn)物 新型增稠劑：兩性離子單體共聚瓜膠。
[0022] 實(shí)施例2 : (1)制備中間產(chǎn)物 將5. 61g N，N-二甲基-1，3-丙二胺溶于25g氯仿，放入150ml單口圓底燒瓶，再把4. 9g 馬來酸酐溶于40g氯仿，冰浴下將馬來酸酐溶液緩慢滴加入燒瓶，攪拌反應(yīng)2~4h至有固 體產(chǎn)生，過濾后用75~100mL氯仿清洗，烘干得白色固體8. 3g，為反應(yīng)中間體。
[0023] (2)制備兩性離子單體 將4g上述反應(yīng)中間體溶于70g水，加入氯乙酸鈉3. 85g，50°C密閉攪拌反應(yīng)30h，60°C 烘干得淡黃色粘稠液體5. 2g，為兩性離子單體，該物質(zhì)易溶于水，有強(qiáng)烈吸濕性。
[0024] (3)制備兩性離子單體共聚瓜膠 將I. 2g上述兩性離子單體和I. Ig瓜膠溶于160g水中，倒入250ml單口圓底燒瓶，攪 拌均勻后，氮?dú)獗Ｗo(hù)〇. 5h，加入引發(fā)劑0.0 lg，密閉反應(yīng)器，60°C環(huán)境下靜置30h后，倒入足 量無水乙醇中，有白色絮狀沉淀析出，抽濾后60°C烘干、研磨粉碎得白色固體粉末，為目標(biāo) 產(chǎn)物新型增稠劑：兩性離子單體共聚瓜膠。
[0025] 實(shí)施例3 : (1)制備中間產(chǎn)物 將5. IgN，N-二甲基-1，3-丙二胺溶于20g氯仿，放入150ml單口圓底燒瓶，再把15. 3g 馬來酸酐溶于50g氯仿，冰浴下將馬來酸酐溶液緩慢滴加入燒瓶，攪拌反應(yīng)1~3h至有固 體產(chǎn)生，過濾后用氯仿清洗，烘干得白色固體8. 0g，為反應(yīng)中間體。
[0026] (2)制備兩性離子單體 將3. Og上述反應(yīng)中間體溶于50g水，加入氯乙酸鈉2. 6g，50°C密閉攪拌反應(yīng)24h，60°C 烘干得淡黃色粘稠液體3. 9g，為兩性離子單體，該物質(zhì)易溶于水，有強(qiáng)烈吸濕性。
[0027] (3)制備兩性離子單體共聚瓜膠 將1.0 g上述兩性離子單體和0. 9g瓜膠溶于150g水中，倒入250ml單口圓底燒瓶，攪 拌均勻后，氮?dú)獗Ｗo(hù)〇. 5h，加入引發(fā)劑0.0 lg，密閉反應(yīng)器，60°C環(huán)境下靜置24h后，倒入足 量無水乙醇中，有白色絮狀沉淀析出，抽濾后30°C烘干、研磨粉碎得白色固體粉末，為目標(biāo) 產(chǎn)物新型增稠劑：兩性離子單體共聚瓜膠 實(shí)施例4 : (1)制備中間產(chǎn)物 將5. Ig N，N-二甲基-1，3-丙二胺溶于20g氯仿，放入150ml單口圓底燒瓶，再把2. 6g 馬來酸酐溶于15g氯仿，冰浴下將馬來酸酐溶液緩慢滴加入燒瓶，攪拌反應(yīng)1~3h至有固 體產(chǎn)生。過濾后用氯仿清洗，烘干得白色固體3. 9g，為反應(yīng)中間體。
[0028] (2)制備兩性離子單體 將3. Og上述反應(yīng)中間體溶于50g水，加入氯乙酸鈉2. 5g，50°C密閉攪拌反應(yīng)24h，60°C 烘干得淡黃色粘稠液體3. 8g，為兩性離子單體，該物質(zhì)易溶于水，有強(qiáng)烈吸濕性。
[0029] (3)制備兩性離子單體共聚瓜膠 將1.0 g上述兩性離子單體和Ig瓜膠溶于140g水中，倒入250ml單口圓底燒瓶，攪拌 均勻后，氮?dú)獗Ｗo(hù)〇. 5h，加入引發(fā)劑0. lg，密閉反應(yīng)器，60°C環(huán)境下靜置24h后，倒入足量無 水乙醇中，有白色絮狀沉淀析出，抽濾后70°C烘干、研磨粉碎得白色固體粉末，為目標(biāo)產(chǎn)物 新型增稠劑：兩性離子單體共聚瓜膠。
[0030] 實(shí)施例5 : (1)制備中間產(chǎn)物 將5. Ig N，N-二甲基-1，3-丙二胺溶于20g氯仿，放入150ml單口圓底燒瓶，再把5. Og 馬來酸酐溶于40g氯仿，冰浴下將馬來酸酐溶液緩慢滴加入燒瓶，攪拌反應(yīng)1~3h至有固 體產(chǎn)生，過濾后用氯仿清洗，烘干得白色固體7. 9g，為反應(yīng)中間體。
[0031] (2)制備兩性離子單體