CN102382327B - 一种环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法,利用环糊精分子的环状中空圆筒型特殊结构,和受阻酚衍生物分子作用形成了包合物。由于亲水的环糊精和受阻酚衍生物结合,所得包合物具有很好的水溶性,包合物中受阻酚衍生物的捕捉自由基功能得以保留,因此具有良好的抗自由基稳定作用。同时环糊精和聚丙烯酰胺有较强的分子缔合作用,在溶液中可以形成分子聚集体,增加了聚合物的表观分子量,溶液的粘度和稳定性也随之增加。本发明所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法,通过环糊精和受阻酚衍生物包合作用,制备得到一种水溶性的具有捕捉自由基功能的包合物,作为油田聚合物驱油用稳定剂,提高聚合物水溶液黏度稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及水溶性稳定剂及其制备方法,具体说是一种环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法。尤指适用于油田聚合物驱油用环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法。
背景技术
随着石油工业三次采油技术的发展,对聚合物驱油剂聚丙烯酰胺溶液的稳定性提出了很高的要求。
影响聚丙酰胺聚合物稳定性的因素很多,包括溶解氧、热、盐、pH值、微生物及机械剪切等,其中由溶解氧引起的氧化降解作用非常明显,导致聚丙烯酰胺稳定性严重下降,因此提高其在较高温度和盐度下的抗氧稳定性已是一个十分重要的问题。
聚丙烯酰胺的氧化降解通过自由基反应进行,首先氧攻击聚合物主链上的薄弱环节,生成初级自由基,然后通过增殖期生成更多自由基,进一步使主链断裂,发生链式氧化降解。
目前为了抑制聚丙烯酰胺聚合物在高温油藏和深井条件下的氧化降解,稳定其水溶液黏度,通常在聚合物水溶液中添加除氧剂,如亚硫酸盐、硫脲和喹啉化合物等,其目的是阻断初级自由基的生成。
尽管通过除氧的方法取得了一定效果,但是这些除氧剂在使用过程中都存在明显缺点。首先几乎所有的除氧剂都是通过除去溶液中的溶解氧来避免初级自由基的生成,从而达到防止聚合物降解的目的,但是因为微量溶解氧很难除尽,因此聚丙烯酰胺溶液长期稳定性不佳。其次在聚丙烯酰胺老化过程中,这些除氧剂不断被消耗,浓度逐渐降低,稳定作用很快下降,因此抗氧化降解的作用有限,不得不提高浓度来弥补损失,用量的增加无疑增加了驱油的成本。
此外,一些文献报道了通过添加硫脲和过渡金属化合物组成的水溶性复合型抗氧稳定剂,以提高聚丙烯酰胺水溶液的稳定性。例如中国专利CN1376729A提出一种复合型抗氧稳定剂,将硫脲和钴化合物复配,以产生协同效应,从而减少稳定剂用量并提高抗氧效率,尽管复合型抗氧稳定剂效果好于单一抗氧稳定剂,但是过渡金属化合物容易造成潜在的环境污染,因此没有相关的现场应用试验报道。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法,通过环糊精和受阻酚衍生物包合作用,制备得到一种水溶性的具有捕捉自由基功能的包合物,作为油田聚合物驱油用稳定剂,提高聚合物水溶液黏度稳定性。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:
一种环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂,其特征在于:是由环糊精包合受阻酚衍生物而成的,按摩尔比,受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~5,
所述环糊精是α、β或γ-环糊精以及其衍生物,
所述受阻酚衍生物分子结构如(1)式,
(1)式中,R1为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R2为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R3为氢或甲基,
(1)式中,l的取值为0~2的整数,m的取值为0~1的整数,n的取值为1~2的整数。
在上述技术方案的基础上,受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~2。
在上述技术方案的基础上,所述环糊精为羟丙基-β-环糊精。
一种上述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第1步,在常温~100℃的范围内,将环糊精加去离子水搅拌溶解,得到浓度范围10~45wt%的环糊精水溶液;
第2步,在常温~100℃的范围内,将受阻酚衍生物加入有机溶剂,配置一定浓度的受阻酚衍生物溶液;
按摩尔比,受阻酚衍生物∶有机溶剂=1∶50~100;
所述受阻酚衍生物分子结构如(1)式,
(1)式中,R1为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R2为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R3为氢或甲基,
(1)式中,l的取值为0~2的整数,m的取值为0~1的整数,n的取值为1~2的整数;
所述的有机溶剂选自下列中的一种:甲醇、乙醇、丙酮、氯仿和异丙醇;
第3步,在常温~100℃的范围内,向环糊精水溶液中匀速加入受阻酚衍生物溶液,在2~5小时内加完,按摩尔比,受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~5;
加完后,搅拌2~20小时;
第4步,蒸干有机溶剂或低温静置,再经过过滤、洗涤、干燥,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
在上述技术方案的基础上,第4步的具体操作为:采用旋转蒸发器,在温度50~100℃,时间2~10h范围内,蒸干有机溶剂,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
在上述技术方案的基础上,第4步的具体操作为:采用低温浴槽,在温度0~4℃,时间10~24h范围内低温静置,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
本发明所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法,通过环糊精和受阻酚衍生物包合作用,制备得到一种水溶性的具有捕捉自由基功能的包合物,作为油田聚合物驱油用稳定剂,提高聚合物水溶液黏度稳定性。对所得产品进行黏度测定和老化试验,溶液具有很好的黏度稳定性。因此本发明提出的环糊精改性受阻酚衍生物具有良好的抗自由基稳定性和水溶性,非常适用于采油技术中作为聚合物驱油用稳定剂。
附图说明
本发明有如下附图:
图1是实施例1产品紫外吸收谱图;
图2是实施例2产品紫外吸收谱图;
图3是实施例3产品核磁1HNMR谱图;
图4时实施例4产品红外测试谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
环糊精是由葡萄糖单元首尾相连形成的环状化合物,具有外亲水,内疏水的特点,可以和疏水客体分子结合,改善客体分子的亲水性。环糊精的包合技术是指将一种分子嵌于环糊精(或者环糊精的衍生物)分子结构的空穴内,形成包合物的技术,已在食品、医药、化妆品、香精等方面得到成功应用,但是应用于聚合物驱采油领域未见报到。
受阻酚类衍生物化合物具有很强的捕捉自由基功能,在塑料中作为抗自由基稳定剂被广泛应用,由于其油溶性特点,直接应用于聚合物水溶液中并不适宜。
本发明利用环糊精分子的环状中空圆筒型特殊结构,和受阻酚衍生物分子作用形成了包合物。一方面,由于亲水的环糊精和受阻酚衍生物结合,所得包合物具有很好的水溶性;另一方面,包合物中受阻酚衍生物的捕捉自由基功能得以保留,因此具有良好的抗自由基稳定作用。同时环糊精和聚丙烯酰胺有较强的分子缔合作用,在溶液中可以形成分子聚集体,增加了聚合物的表观分子量,溶液的粘度和稳定性也随之增加。因此本发明提出的环糊精改性受阻酚衍生物具有良好的抗自由基稳定性和水溶性,非常适用于采油技术中作为聚合物驱油用稳定剂。此外,对所得产品进行黏度测定和老化试验,溶液具有很好的黏度稳定性。
本发明所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂,其特征在于:是由环糊精包合受阻酚衍生物而成的,按摩尔比,受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~5,优选受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~2;
所述环糊精可以是α、β或γ-环糊精以及其衍生物,即:环糊精可以为以下任意一种:
1、α-环糊精;
2、β-环糊精;
3、γ-环糊精;
4、α-环糊精衍生物;
5、β-环糊精衍生物;
6、γ-环糊精衍生物,优选为β-环糊精;
所述受阻酚衍生物分子结构如(1)式,
(1)式中,R1为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,其中优选为叔丁基;R2为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,其中优选为叔丁基;R3为氢或甲基,优选为氢;
(1)式中,l的取值为0~2的整数,m的取值为0~1的整数,n的取值为1~2的整数。
在上述技术方案的基础上,R1为叔丁基,R2为叔丁基;R3为氢。
在上述技术方案的基础上,所述环糊精特别优选为羟丙基-β-环糊精。
本发明所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂的制备方法,具体步骤为:
第1步,在常温~100℃的范围内,将环糊精加去离子水搅拌溶解,得到浓度范围10~45wt%的环糊精水溶液;
第2步,在常温~100℃的范围内,将受阻酚衍生物加入有机溶剂,配置一定浓度的受阻酚衍生物溶液;
按摩尔比,受阻酚衍生物∶有机溶剂=1∶50~100;
所述受阻酚衍生物分子结构如(1)式,
(1)式中,R1为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,其中优选为叔丁基;R2为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,其中优选为叔丁基;R3为氢或甲基,优选为氢;
(1)式中,l的取值为0~2的整数,m的取值为0~1的整数,n的取值为1~2的整数;
所述的有机溶剂选自下列中的一种:甲醇、乙醇、丙酮、氯仿和异丙醇;
第3步,在常温~100℃的范围内,向环糊精水溶液中匀速加入受阻酚衍生物溶液,在2~5小时内加完,按摩尔比,受阻酚衍生物∶环糊精=1∶1~5;
加完后,搅拌2~20小时;
第4步,蒸干有机溶剂或低温静置,再经过过滤、洗涤、干燥,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
所得环糊精改性受阻酚衍生物产品用紫外、红外以及核磁方法表征。通过紫外分光光度法、核磁1HNMR或红外测试确定了包合物的形成,主客分子比为1~2∶1。
在上述技术方案的基础上,第4的具体操作为:
采用旋转蒸发器,在温度50~100℃,时间2~10h范围内,蒸干有机溶剂,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
在上述技术方案的基础上,第4的具体操作为:
采用低温浴槽,在温度0~4℃,时间10~24h范围内低温静置,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
本发明所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂及其制备方法,利用环糊精分子的环状中空圆筒型特殊结构,和受阻酚衍生物分子作用形成了包合物。由于亲水的环糊精和受阻酚衍生物结合,所得包合物具有很好的水溶性,包合物中受阻酚衍生物的捕捉自由基功能得以保留,因此具有良好的抗自由基稳定作用。同时环糊精和聚丙烯酰胺有较强的分子缔合作用,在溶液中可以形成分子聚集体,增加了聚合物的表观分子量,溶液的粘度和稳定性也随之增加。对所得产品进行黏度测定和老化试验,溶液具有很好的黏度稳定性。因此本发明提出的环糊精改性受阻酚衍生物具有良好的抗自由基稳定性和水溶性,非常适用于采油技术中作为聚合物驱油用稳定剂。
以下为具体实施例。
实施例1
将14g羟丙基-β-环糊精加入100ml去离子水,搅拌溶解,将1g受阻酚衍生物β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼加入10g丙酮,搅拌溶解。将羟丙基-β-环糊精水溶液加热至50℃,开始滴加受阻酚衍生物的丙酮溶液。2h滴加完毕后,缓慢加热至65℃,使反应平稳进行。反应3h后,蒸干溶剂,加入丙酮洗涤,然后干燥得到环糊精改性受阻酚衍生物产品13g。紫外测试表明包合物已经形成,见图1。
实施例2
将7g羟丙基-β-环糊精加入70ml去离子水,搅拌溶解,将2g受阻酚衍生物3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲胺加入50ml氯仿,搅拌溶解。将羟丙基-β-环糊精水溶液加热至60℃,开始滴加受阻酚衍生物的丙酮溶液。3h滴加完毕后,缓慢加热至70℃,使反应平稳进行。反应5h后,蒸干溶剂,加入氯仿洗涤,然后抽滤干燥得到环糊精改性受阻酚衍生物产品5g。紫外测试表明为所需包合物,见图2。
实施例3
将15g羟丙基-β-环糊精加入120ml去离子水,搅拌溶解,将3g受阻酚衍生物3,5-二叔丁基-4-羟基苯胺加入40ml乙醇,搅拌溶解。将羟丙基-β-环糊精水溶液加热至70℃,开始滴加受阻酚衍生物的乙醇溶液。10h滴加完毕后,缓慢加热至800℃,使反应平稳进行。反应7h后,蒸干溶剂,加入乙醇洗涤,然后抽滤干燥得到环糊精改性受阻酚衍生物产品12g。核磁1HNMR测试表明为所需包合物,见图3。
实施例4
将20g羟丙基-β-环糊精加入150ml去离子水,搅拌溶解,将2g受阻酚衍生物β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺加入100ml氯仿,搅拌溶解。将羟丙基-β-环糊精水溶液加热至60℃,开始滴加受阻酚衍生物的丙酮溶液。5h滴加完毕后,缓慢加热至70℃,使反应平稳进行。反应20h后,蒸干溶剂,加入氯仿洗涤,然后抽滤干燥得到环糊精改性受阻酚衍生物产品15g。红外测试表明为所需包合物,见图4。
性能测试1
将0.3%实施例1得到的环糊精改性受阻酚衍生物产品加入1500ppm的聚丙烯酰胺溶液中,比较空白聚丙烯酰胺溶液的稳定性。将试样溶液移入玻璃管中,在空气存在下封管,放入恒温箱中,在75℃下进行老化试验,老化240h,测得加入实施例1产品的溶液黏度保留值为96%,而空白样品黏度保留值为35%。
性能测试2
将0.5%实施例2得到的环糊精改性受阻酚衍生物产品加入1500ppm的聚丙烯酰胺溶液中,比较空白聚丙烯酰胺溶液的稳定性。将试样溶液移入玻璃管中,在空气存在下封管,放入恒温箱中,在75℃下进行老化试验,老化120h,测得加入实施例2产品的溶液黏度保留值为93%,而空白样品黏度保留值为45%。
性能测试3
将1%实施例3得到的环糊精改性受阻酚衍生物产品加入1500ppm的聚丙烯酰胺溶液中,比较空白聚丙烯酰胺溶液的稳定性。将试样溶液移入玻璃管中,在空气存在下封管,放入恒温箱中,在75℃下进行老化试验,老化480h,测得加入实施例3产品的溶液黏度保留值为97%,而空白样品黏度保留值为26%。
性能测试4
将3%实施例4得到的环糊精改性受阻酚衍生物产品加入1500ppm的聚丙烯酰胺溶液中,比较空白聚丙烯酰胺溶液的稳定性。将试样溶液移入玻璃管中,在空气存在下封管,放入恒温箱中,在75℃下进行老化试验,老化300h,测得加入实施例4产品的溶液黏度保留值为95%,而空白样品黏度保留值为30%。
Claims (8)
2.如权利要求1所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂,其特征在于:受阻酚衍生物:环糊精=1:1~2。
3.如权利要求1所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂,其特征在于:所述环糊精为羟丙基-β-环糊精。
4.一种基于权利要求1的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第1步,在常温~100℃的范围内,将环糊精加去离子水搅拌溶解,得到浓度范围10~45wt%的环糊精水溶液;
第2步,在常温~100℃的范围内,将受阻酚衍生物加入有机溶剂,配置一定浓度的受阻酚衍生物溶液;
按摩尔比,受阻酚衍生物:有机溶剂=1:50~100;
所述受阻酚衍生物分子结构如(1)式,
(1)式中,R1为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R2为甲基、乙基、异丙基或叔丁基中的一种,R3为氢或甲基,
(1)式中,l的取值为0~2的整数,m的取值为0~1的整数,n的取值为1~2的整数;
所述的有机溶剂选自下列中的一种:甲醇、乙醇、丙酮、氯仿和异丙醇;
第3步,在常温~100℃的范围内,向环糊精水溶液中匀速加入受阻酚衍生物溶液,在2~5小时内加完,按摩尔比,受阻酚衍生物:环糊精=1:1~5;
加完后,搅拌2~20小时;
第4步,蒸干有机溶剂或低温静置,再经过过滤、洗涤、干燥,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
5.如权利要求4所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于,第4步的具体操作为:采用旋转蒸发器,在温度50~100℃,时间2~10h范围内,蒸干有机溶剂,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
6.如权利要求4所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于,第4步的具体操作为:采用低温浴槽,在温度0~4℃,时间10~24h范围内低温静置,然后常温洗涤过滤,所得滤饼在80~120℃温度范围内,在鼓风干燥箱内干燥4~10h,得到环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂产品。
7.如权利要求4或5或6所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于:受阻酚衍生物:环糊精=1:1~2。
8.如权利要求4或5或6所述的环糊精改性受阻酚衍生物稳定剂制备方法,其特征在于:所述环糊精为羟丙基-β-环糊精。
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