CN104559335B - 一种油品减阻剂用纳米二氧化硅粒子的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油品减阻剂用纳米二氧化硅粒子的处理方法；首先将纳米二氧化硅分散液置于超声环境中，分批次溶入纳米二氧化硅粒子，至溶液澄清；将复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水混合后，分批次加入二氧化硅分散液中，低温冷藏，隔绝空气处理；将二氧化硅分散液分三次离心处理，溶入正庚烷，分批次加入复配Ⅱ型硅烷偶联剂，二氧化硅分散液为N‑甲基吡咯烷酮和正庚烷，复配Ⅰ型硅烷偶联剂为KH‑550、KH‑570，复配Ⅱ型硅烷偶联剂为KH‑550、KH‑560、A‑172；本方法优化了油品减阻剂复合实验过程，保证纳米二氧化硅填料的良好分散和有机基体在复合过程中的稳定不变性，提高了复合效率。
Description
技术领域
本发明是一种在油品减阻剂制备复合材料的过程中纳米二氧化硅粒子的表面处理方法，属于管道化学添加剂领域中复合油品减阻剂后处理技术。
背景技术
油品减阻剂是一种高分子聚合物，可以通过分子链的弹性形变来降低油品流动中摩擦能量损失，减小流动阻力，实现减阻增输的效果。油品减阻剂能够在在原管线达到最大输量后不添加增输设备时，增加输量；或在维持输量不变的情况下，降低输油管线的运行压力，减少安全风险。油品减阻剂具有成本低、起效快、减阻明显和灵活简便的特点，可以实现输量调节、降低管输压力，最终实现油品的安全、高效、经济输送。
经历了多年的研究和发展，最初的表面活性剂类减阻剂已经被以聚α烯烃为代表的高聚物减阻剂所取代。通过在油品中注入少量的高聚物减阻剂，利用高分子链的弹性形变来减少油品流动中摩擦能量损失，降低流动阻力，实现减阻增输的效果。一般高聚物的分子量越大，非结晶程度越高则减阻效果越好。但目前分子量达到数百万的高分子聚合物极易因分子链的断裂使其分子量减小而失去减阻功能—剪切降解，并且这类降解属性是永久性、不可逆的，所以油品流经高剪切环境（如层流边界层、泵、弯头等速度梯度较大或湍流波动较大的环境）后，需再补充减阻剂以维持相应的减阻效果。
近些年，随着复合材料理论和实践的发展，通过优化的结构设计和微观结构的复合，可以改善材料固有特性，增加材料的功能特性等。其中以无机或有机的微观粒子与聚合物进行复合，制备聚合物基微观复合材料，利用微观粒子如纳米粒子具有纳米尺度效应、宏观量子效应、隧道效应、大的比表面积以及强的界面相互作用，提高聚合物的机械强度、刚性、提高热变形温度、改善加工性能等。还可以通过选择具有功能性的粒子,使材料表现出许多特殊功能性。聚合材料中的聚烯烃是化学惰性聚合物,很难实现将表面大多带有大量极性基团的无机或有机微观粒子以均匀的尺度、稳定地分散在聚烯烃基体中来制备纳米复合材料；同时,非极性的聚烯烃基体与分散的高度极性粒子之间产生强的界面相互作用也是需要解决的关键因素。
基于聚合物基复合材料性能增强和功能化效应，采用聚α烯烃为聚合物基体与无机纳米粒子或层状硅酸盐合成微观复合材料，利用纳米粒子提高有机分子链的刚性，促进有机分子链的伸展和抗剪切性能；利用有机分子基体增强复合材料的油溶性，促进复合材料的快速分散起效。微观粒子（纳米粒子）不仅可以使聚合物的强度、刚性、韧性等力学性能得到明显改善,而且可以提高材料多种功能特性。微观粒子同聚合物基体形成的复合材料是一种十分经济、有效的提高聚合物性能的方法，具有广阔的前景。
如何对无机纳米粒子进行表面处理以减少其团聚、增强与高聚物的混合效果，是制备复合油品减阻剂的关键问题，直接关系到复合油品减阻剂的增强增韧效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种油品减阻剂用纳米二氧化硅粒子的处理方法。
本发明所述的油品减阻剂用纳米二氧化硅粒子的处理方法，其包括：机械分散、硅烷偶联剂改性与包覆、溶剂分散处理。
机械分散：将二氧化硅分散液置于超声环境中，开启超声处理，分批次溶入纳米二氧化硅粒子，至溶液澄清，无明显沉淀。
硅烷偶联剂改性与包覆：将复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水按照一定比例混合后，分批次加入二氧化硅分散液中，在一定温度下搅拌一定时间，低温冷藏。
溶剂分散处理：将二氧化硅分散液多次离心处理，提纯之后溶入正庚烷，恒温搅拌下分批次加入复配Ⅱ型硅烷偶联剂。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于选用的纳米二氧化硅的比表面积为640m2/g，初级粒径为10nm。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于二氧化硅分散液为N-甲基吡咯烷酮与正庚烷按照质量比10:1～10:3的比例配制而成。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于机械分散过程中超声处理的波频率为25khz，超声时间30min～60min。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于分批次溶入定量纳米二氧化硅粒子的过程为：将纳米二氧化硅分5次加入，加入的质量比顺序为40%、30%、15%、10%、5%,每次间隔5min～10min，加入纳米二氧化硅总量与分散液的质量比为3:10～5:10。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于复配Ⅰ型硅烷偶联剂为KH-550、KH-570按质量比3:1～5:1的比例配制而成，复配Ⅱ型硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、A-172按照5:3:1～10:3:1的比例配制而成。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合质量比为100:10:5～100:30:5，复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合物总质量与二氧化硅质量比为3:100～7:100。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合液分批次加入二氧化硅分散液的顺序为：按质量比平均分配，分5～8次加入，每次间隔5～8min。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于硅烷偶联剂改性包覆后的溶液低温冷藏温度为-30～-60℃,隔绝空气处理。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于离心处理需至少离心三次，每次均需将二氧化硅沉淀使用抽滤设备进行抽滤处理，同时使用甲苯和异丙醇进行洗涤处理以去除多余的硅烷偶联剂。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于改性后的二氧化硅固体微粒按照质量比10:100～18:100的比例溶于正庚烷，恒温温度35℃～40℃，搅拌速率80rad/min～120rad/min。
所述的复合油品减阻剂制备过程中纳米二氧化硅粒子的一种表面处理方法，其特征在于复配Ⅱ型硅烷偶联剂加入总量与正庚烷质量比为1:1000～3:1000,平均分为5～8份,间隔5～6min加入。
本发明能优化改进现有油品减阻剂复合实验过程，提高复合效率，保证纳米二氧化硅填料的良好分散和有机基体在复合过程中的稳定不变性，增强复合产品的强度和韧性。
具体实施方式
实施例1
将20g正庚烷溶于100gN-甲基吡咯烷酮中制备成分散液，放置于25khz的超声环境中，取比表面积为640m2/g，初级粒径为10nm的纳米二氧化硅50g，将纳米二氧化硅分5次加入，加入的质量顺序为20g、15g、7.5g、5g、2.5g,每次间隔5min,超声30min。按KH-550、KH-570质量比3：1制备复配Ⅰ型硅烷偶联剂，按KH-550、KH-560、A-172按照5:3:1的质量比例配制复配Ⅱ型硅烷偶联剂。按复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合质量比为100:10:5配制改性剂。将2g改性剂分5次，每次0.4g加入分散液，低温-30℃冷藏5h,恒温40℃下以60rad/min搅拌6h。离心三次，每次使用甲苯和异丙醇洗涤抽滤，溶于500g正庚烷中，分5次加入0.4g复配Ⅱ型硅烷偶联剂，每次间隔5min。制得的纳米二氧化硅溶液室温隔绝空气保存。
本例由于采用了机械分散、硅烷偶联剂改性与包覆、溶剂分散处理等手段对纳米二氧化硅粒子进行表面处理，其结果为优化了油品减阻剂复合实验过程，保证纳米二氧化硅填料的良好分散和有机基体在复合过程中的稳定不变性，提高了复合效率。
Claims (1)
1.一种油品减阻剂用纳米二氧化硅粒子的处理方法，其特征在于：
(1)机械分散：将二氧化硅分散液置于超声环境中，开启超声处理，分批次溶入纳米二氧化硅粒子，至溶液澄清，无明显沉淀；超声处理的波频率为25khz，超声时问30min～60min；将纳米二氧化硅分5次加入，加入的质量比顺序为40％、30％、l5％、l0％、5％，每次间隔5min～10min，加入纳米二氧化硅总量与分散液的质量比为3：10～5：10；
所述的纳米二氧化硅的比表面积为640m2/g，初级粒径为10nm；
(2)硅烷偶联剂改性与包覆：将复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水混合后，按质量比平均分配，分5～8次加入二氧化硅分散液中，每次间隔5～8min，低温冷藏，低温冷藏温度为-30～-60℃，隔绝空气处理；复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合质量比为100：10：5～100：30：5，复配Ⅰ型硅烷偶联剂、改性剂助剂、去离子水的混合物总质量与二氧化硅质量比为3：100～7：100；
(3)溶剂分散处理：将二氧化硅分散液分三次离心处理，提纯后按照质量比10：100～18：100的比例溶入正庚烷，恒温搅拌下分批次加入复配Ⅱ型硅烷偶联剂，恒温温度35℃～40℃，搅拌速率80rad/min～120rad/min；复配Ⅱ型硅烷偶联剂加入总量与正庚烷质量比为1：1000～3：1000，平均分为5～8份，间隔5～6min加入；
所述二氧化硅分散液为N-甲基吡咯烷酮和正庚烷，质量比为l0：1～10：3；所述复配Ⅰ型硅烷偶联剂为KH-550、KH-570按质量比3：l～5：l的比例配制而成；复配Ⅱ型硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、A-172按照5：3：l～10：3：1的比例配制而成。
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