含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠及其制備方法和應用技術

本發明專利技術涉及含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠及其制備方法和應用。目前對葫蘆巴膠的化學改性很少，其耐鹽性和耐溫性不能滿足工業生產需求。本發明專利技術向醇水溶液中加入羥丙基葫蘆巴膠；通入氮氣，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉水溶液；升溫滴加磺化劑反應；酸調節反應溶液至中性，過濾，真空烘干，得到淡黃色粉末，即為含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠。本發明專利技術通過引入磺酸基改性羥丙基葫蘆巴膠，可以改善凍膠的耐鹽性，耐溫性，具有較低的水不溶物含量，可提高磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的使用效率，節約成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種天然植物多糖的改性產品，具體涉及一種含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠及其制備方法和應用。
技術介紹
隨著科學技術的發展及加工技術的提高，葫蘆巴膠的功能愈加體現出來，尤其是在石油化工領域，葫蘆巴膠作為一種稠化劑有望替代瓜膠。葫蘆巴膠屬于天然高分子化合物，羥基含量高，能與交聯劑交聯，生成高粘彈性的凍膠，應用在壓裂增產中。但葫蘆巴膠溶解速度慢，水不溶物含量高，破膠后殘渣含量高，從而制約在油田工業方面的使用。為了滿足壓裂生產工業需要，通常對植物膠進行化學改性來提高它們的性能。目前國內對葫蘆巴膠的化學改性很少。在植物膠的改性中大多集中于羥丙基改性，改性后可改善膠粉的溶解速度，降低水不溶物含量，且水溶液黏度增加，減少了壓裂中稠化劑的使用量。但是葫蘆巴膠的耐鹽性和耐溫性依舊不能滿足工業生產需求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠及其制備方法和應用，克服葫蘆巴膠的耐鹽性和耐溫性問題，改善水溶性，提高溶解速率。本專利技術所采用的技術方案為：1、含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，其特征在于：具有以下結構：其中，R為烷基，碳原子數為2-4。其分子量為170-190萬。其磺酸基取代度為0.02-0.27，羥丙基取代度為0.15-0.4。含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）向1L醇水溶液中加入100.0g羥丙基葫蘆巴膠；（2）通入氮氣，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉水溶液，其中氫氧化鈉的含量為1g-3g，滴加時間0.5h；再攪拌升溫到70-85℃，滴加0.03g-0.6g磺化劑，滴加時間1h，滴加完畢反應2-4小時；（3）酸調節反應溶液至中性，過濾，真空烘干，得到淡黃色粉末，即為含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠。步驟（1）中：所述醇水溶液為乙醇水溶液，質量分數為50%-80%；所述氫氧化鈉水溶液的質量分數為5%-30%。步驟（2）中，所述磺化劑為3-氯-2-羥基丙磺酸鈉。含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的應用，其特征在于：所述含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠應用于壓裂液的制備。含有含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的壓裂液，其特征在于：所述壓裂液中包含有質量百分比為0.2%-0.4%的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠。所述壓裂液中還含有：交聯劑0.3-1%；防膨劑0.3-2%；余量為水。所述交聯劑選自有機硼、有機鋯或有機鈦交聯劑；所述防膨劑選自氯化鉀、氯化按和聚季按鹽。本專利技術具有以下優點：1、本專利技術制備的磺酸改性羥丙基葫蘆巴膠可以快速溶脹水合，溶解速度快，水不溶物含量低（圖2考察了實施例3的制備條件下，改變3-氯-2-羥基丙磺酸鈉的添加量，討論磺酸改性羥丙基葫蘆巴膠的取代度與水不溶物含量的關系，從圖中可知，取代度增加，水不溶物含量減小）。2、本專利技術制備的磺酸改性羥丙基葫蘆巴膠耐溫耐剪切性好(圖3考察了實施例3中壓裂液的耐溫耐剪切性能，從圖中可看出，140℃、170s-1剪切1h，黏度大于80mPa.s)。3、本專利技術制備的磺酸改性羥丙基葫蘆巴膠耐鹽性好。(圖4考察了實施例1和實施例3中壓裂液的耐鹽性能，從圖中可看出，取代度越高，壓裂液耐鹽性能越好)。附圖說明圖1含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的XRD譜圖。圖2含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的取代度與水不溶物含量的曲線圖。圖3含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠壓裂液耐溫耐剪切性。圖4含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠壓裂液耐鹽性。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術進行詳細的說明。本專利技術通過引入磺酸基改性羥丙基葫蘆巴膠。磺酸基作為一種新的陰離子基團，可以改善凍膠的耐鹽性，耐溫性。3-氯-2-羥基并磺酸鈉因分子結構中含有活性較強氯原子和羥基，又含親水性的磺酸基團，因此磺酸基羥丙基葫蘆巴膠從理論上講具有良好的耐鹽性、耐溫性以及較低的水不溶物含量，可提高磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的使用效率，節約成本。本專利技術涉及的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，具有以下結構：其中R-烷基，碳原子數為2-4。其分子量為170-190萬，其中葫蘆巴膠分子量為重均分子量；其磺酸基取代度為0.02-0.27，羥丙基取代度為0.15-0.4，優選羥丙基取代度為0.25。取代度為質量分數取代度。上述含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的制備方法，包括以下步驟：（1）向1L醇水溶液中加入100.0g羥丙基葫蘆巴膠；（2）通入氮氣，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉水溶液（氫氧化鈉含量為1g-3g），滴加時間0.5h；再攪拌升溫到70-85℃，滴加0.03g-0.6g磺化劑，滴加時間1h，滴加完畢反應2-4小時，優選3小時；（3）酸調節反應溶液至中性，過濾，真空烘干，得到淡黃色粉末，即為含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠。步驟（1）中：所述醇水溶液為乙醇水溶液，質量分數為50%-80%，優選50%。；所述氫氧化鈉水溶液的質量分數為5%-30%,優選10%。步驟（2）中，所述磺化劑為3-氯-2-羥基丙磺酸鈉。所述含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠應用于壓裂液的制備，所述壓裂液中包含有質量百分比為0.2%-0.4%的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，還含有：交聯劑0.3-1%；防膨劑0.3-2%；余量為水。所述交聯劑選自有機硼、有機鋯或有機鈦交聯劑，優選有機硼交聯劑，且優選交聯比0.5:100；所述防膨劑選自氯化鉀、氯化按和聚季按鹽，優選氯化鉀，優選添加量為1%。產品特殊性能指標的測定:（1）取代度測定：采用酸堿滴定的方法測定，磺酸改性羥丙基葫蘆巴膠是可溶于水的高分子聚電解質，由于是在強堿條件下制備的，產物以磺酸鹽的形式存在。它的分子結構中存在活性較高的磺酸基，在水溶液中容易發生解離，高分子化合物以陰離子形式存在，在高分子陰離子的周圍分布著作為抗衡離子的Na+離子。如果讓其水溶液經過酸式的LewatitMonoPlusS100強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，Na+離子會和陽離子交換樹脂上的H+發生離子交換，這樣含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠分子上的磺酸基就會轉化為弱酸的形式，可通過酸堿滴定來測定其磺酸基的含量。取代度計算公式為：式中：n-為物質的物質量，mol；C-為物質的濃度，mol/L；V-為物質的體積，L。（2）水不溶物含量測試將1g純化后的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠粉體添加到300ml蒸餾水中，配制成均勻溶液。然后稱取配制好的溶液30.1g，在3000r/min的轉速下離心30min，慢慢倒出上清液；接著再加30ml蒸餾水并用玻璃棒攪拌均勻，在3000r/min的轉速下再次離心30min。離心結束后倒出上清液，將離心管放入電熱恒溫干燥箱中。在105℃下將離心管烘至恒重，得到含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的水不溶物含量。水不溶物的計算公式為：式中：S-水不溶物的含量(％)；M-水不溶物質量（g）；W-膠粉含水率（％）（注：膠粉含水率測試：在快速水分測定儀的天平上，放入1g左右的樣品，在105℃下干燥至樣品恒重，計算膠粉含水率。）（3）X激光光散射（XRD）采用日本理學公司D/Max-2200pc型全自動X射線衍射儀測定膠膜的結晶度，加速電壓和電流分別為40kV，40mA，掃描速度為0.02°/min。（4）表觀黏度（η）采用中國普康公司的DNJ-79型旋轉黏度計，將純化后的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠配制成0.3%的水溶液，靜置6h后測定其水溶液的黏度，測試溫度：25℃。（5）壓裂液耐溫耐剪切測試壓裂液的配制：向1L1%的氯化鉀溶液中加入3g含磺酸基本文檔來自技高網...

【技術保護點】
含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，其特征在于：具有以下結構：其中，R為烷基，碳原子數為2?4。

【技術特征摘要】
1.含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，其特征在于：具有以下結構：其中，R為烷基，碳原子數為2-4。2.根據權利要求1所述的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，其特征在于：其分子量為170-190萬。3.根據權利要求1所述的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠，其特征在于：其磺酸基取代度為0.02-0.27，羥丙基取代度為0.15-0.4。4.含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）向1L醇水溶液中加入100.0g羥丙基葫蘆巴膠；（2）通入氮氣，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉水溶液，其中氫氧化鈉的含量為1g-3g，滴加時間0.5h；再攪拌升溫到70-85℃，滴加0.03g-0.6g磺化劑，滴加時間1h，滴加完畢反應2-4小時；（3）酸調節反應溶液至中性，過濾，真空烘干，得到淡黃色粉末，即為含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠。5.根據權利要求4所述的含磺酸基羥丙基葫蘆巴膠的制備方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈一丁，秋列維，王晨，楊曉武，李培枝，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61