CN102775503A - 高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种
高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，该方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有纤维素的碱化，碱纤维素的醚化；其特征在于，所述精制棉的平均聚合度为
3000~3300
。
本发明所述的方法以高聚合度的特制精制棉为纤维素原料，采用合适的温度控制，
碱化反应时充加氮气，
合理的工艺配方和工艺时间设计等有效手段，
使
产品的
粘度在BrookfieldLVDV
-I+
型
粘度计上测量1%水溶液达到6000mpa·s以上，
盐粘比
≥0.90，取代度≥0.90。
应用本发明所述制备方法制得的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠可替代瓜尔豆胶，应用于从油页岩中开采油气的高压水力压裂法。用于提高支撑剂粘度，可压入页岩缝隙并扩大裂缝，从而进行石油和天然气开采。还有助于降低摩擦力，能降低开采所消耗的能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种羧甲基纤维素钠的制备方法，尤其是一种高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法。
背景技术
羧甲基纤维素钠是天然纤维素经过化学改性后制得的一种水溶性好的阴离子型高分子化合物。通常以短棉绒或木浆为原料，经过氢氧化钠处理后再与氯乙酸发生醚化反应制得。羧甲基纤维素钠在石油钻探中可用于保护油井作为泥浆稳定剂、保水剂，有很高的造浆量，同时在泥浆中有降失水能力，有明显的稳产增产作用。高粘度、高取代度羧甲基纤维素钠尤其在密度较小的泥浆中发挥着巨大的作用。
据路透社报道，美国从事页岩油气开采的公司已对瓜尔豆胶形成了庞大的需求，瓜尔豆胶是从油页岩中开采油气的高压水力压裂法需要使用的主要成分之一。但是瓜尔豆胶短缺使得一些美国公司不得不停止高压水力压裂作业。价格暴涨和供应短缺令人们开始寻求其他替代品。人们把目光投向了在石油钻探中具有优良性能的羧甲基纤维素钠。欲替代瓜尔豆胶，羧甲基纤维素钠必须具备高粘度，高耐盐性，取代度0.9以上。目前国内使用捏合法生产的耐盐性好的羧甲基纤维素钠在BrookfieldLVDV-I+型粘度计上测量粘度1%水溶液只能做到3000mpa·s左右，而1%水溶液粘度在6000mpa·s以上的羧甲基纤维素钠耐盐性却不好，目前国内羧甲基纤维素钠生产厂家均未能突破此技术局限。
发明内容
本发明目的是：提供一种高耐盐高粘度，能代替瓜尔豆胶应用于从油页岩中开采油气的高压水力压裂法的羧甲基纤维素钠产品的制备方法。
本发明的技术方案是：
一种高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，该方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有纤维素的碱化，碱纤维素的醚化；其特征在于，所述精制棉的平均聚合度为3000~3300。
上述技术方案的优选的技术方案是，所述纤维素的碱化的反应温度控制在15~30℃，在整个碱化反应过程中充入氮气作为保护气氛；碱化时间30-70min。
上述技术方案的优选的技术方案是，碱纤维素的醚化的反应过程分为两步骤：
步骤一、加入氯乙酸溶液先醚化反应30-60min，温度控制住30-50℃；
步骤二、升温至75~80℃，继续醚化反应40-80min。
本发明的优点是：
本发明所述的方法以高聚合度的特制精制棉（聚合度3000-3300）为纤维素原料，采用合适的温度控制，碱化反应时充加氮气，合理的工艺配方和工艺时间设计等有效手段，使产品具有高耐盐和高粘度，产品的粘度在BrookfieldLVDV-I+型粘度计上测量1%水溶液达到 6000mpa·s以上，盐粘比≥0.90，取代度≥0.90。应用本发明所述制备方法制得的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠可替代瓜尔豆胶，应用于从油页岩中开采油气的高压水力压裂法。用于提高支撑剂粘度，可压入页岩缝隙并扩大裂缝，从而进行石油和天然气开采。还有助于降低摩擦力，能降低开采所消耗的能源。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为具体实施方式中所述的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法的流程图。
具体实施方式
参见图1。本具体实施方式所述的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，以精制棉为纤维素原料，包括以下步骤：
1）、预混：预先把一定量的重量浓度为45-52%的氢氧化钠溶液同重量浓度为86-96%的乙醇溶液按重量比1:1-3在混合容器中混合，并冷却至10-30℃。
2）、投料：将预混后的氢氧化钠乙醇溶液加入到具有一对沿轴线互相反向旋转运动的“Ｓ”形轴的捏合机中，并将撕碎的精制棉均匀投入到捏合机中，投料时间5~15min，精制棉的平均聚合度3000~3300。精制棉与氢氧化钠溶液的重量比控制在1:1-3，与乙醇溶液的重量比为1:1.2-5。
3）、纤维素的碱化：反应温度15~30℃，在整个碱化反应过程中充入氮气作为保护气氛，反应时间为30-70min。
4）、碱纤维素的醚化：加入重量浓度为65-78%的氯乙酸溶液进行醚化反应，先醚化30-60分钟，醚化温度控制在30-50℃；精制棉与氯乙酸溶液的重量比为1:1-3；醚化结束后升温至78-80℃，继续醚化40-80分钟。制得粗制的羧甲基纤维素钠。
5）、中和：待反应物料冷却至60℃后，放料至中和桶，用30-40%的盐酸溶液中和至PH值为6.5-7.5。
6）、洗涤：中和后的反应物料用56-76%的乙醇溶液进行三次洗涤精制，压干回收乙醇。
7）、产品的后处理：再经过干燥、粉碎等过程后制得精制的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠。
本发明所得产品的粘度测定方法：配制产品的质量分数为1%的水溶液，25℃下在BrookfieldLVDV-I+型粘度计上测定。具体测试方法参照GB1904-2005。取代度、PH值、纯度、水分根据GB1904-2005测试标准进行测试。
结合具体实施例对本发明作进一步的描述。实施例中原料的份数和比例均以重量计。
实施例一:
预先把重量浓度为49%的氢氧化钠溶液1.35份和重量浓度为92%的乙醇溶液1.6份混合并冷却至25℃以下，加入到捏合机中，然后投入1份特制精制棉，投好料后封闭捏合机投料口，充入氮气至碱化结束。碱化反应30-70分钟，碱化温度控制在15-30℃，碱化结束后加入1.08份重量浓度为65-78%的氯乙酸溶液，醚化30-60分钟，醚化温度控制在30-50℃。加完氯乙酸后升温至75-80℃，继续醚化40-80分钟，醚化结束后放料并中和PH至6.5-7.5，再经过洗涤精制，耙式回收乙醇，干燥、粉碎、过筛后制得高粘度高耐盐的羧甲基纤维素钠产品。粘度（1%水溶液）7120mpa·s，盐粘比0.913，取代度0.915，纯度99.57%。
实施例二:
预先把重量浓度为50%的氢氧化钠溶液1.4份和重量浓度为94%的乙醇溶液1.7份混合并冷却至25℃以下，加入到捏合机中，然后投入1份特制精制棉，投好料后封闭捏合机投料口，充入氮气至碱化结束。碱化反应30-70分钟，碱化温度控制在15-30℃，碱化结束后加入1.1份重量浓度为65-78%的氯乙酸溶液，醚化30-60分钟，醚化温度控制在30-50℃。加完氯乙酸后升温至75-80℃，继续醚化40-80分钟，醚化结束后放料并中和PH至6.5-7.5，再经过洗涤精制，耙式回收乙醇，干燥、粉碎、过筛后制得高粘度高耐盐的羧甲基纤维素钠产品。粘度（1%水溶液）6780mpa·s，盐粘比0.93，取代度0.923，纯度99.52%。
实施例三:
预先把重量浓度为50%的氢氧化钠溶液1.45份和重量浓度为93%的乙醇溶液1.8份混合并冷却至25℃以下，加入到捏合机中，然后投入1份特制精制棉，投好料后封闭捏合机投料口，充入氮气至碱化结束。碱化反应30-70分钟，碱化温度控制在15-30℃，碱化结束后加入1.13份重量浓度为65-78%的氯乙酸溶液，醚化30-60分钟，醚化温度控制在30-50℃。加完氯乙酸后升温至75-80℃，继续醚化40-80分钟，醚化结束后放料并中和PH至6.5-7.5，再经过洗涤精制，耙式回收乙醇，干燥、粉碎、过筛后制得高粘度高耐盐的羧甲基纤维素钠产品。粘度（1%水溶液）6330mpa·s，盐粘比0.94，取代度0.934，纯度99.50%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (3)
1.一种高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，该方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有纤维素的碱化，碱纤维素的醚化；其特征在于，所述精制棉的平均聚合度为3000~3300。
2.根据权利要求1所述的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于，所述纤维素的碱化的反应温度控制在15~30℃，在整个碱化反应过程中充入氮气作为保护气氛；碱化时间30-70min。
3.根据权利要求1所述的高耐盐高粘度羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于，碱纤维素的醚化的反应过程分为两步骤：
步骤一、加入氯乙酸溶液先醚化反应30-60min，温度控制住30-50℃；
步骤二、升温至75~80℃，继续醚化反应40-80min。
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