CN1072192A - 提高威伦胶在乙二醇中的溶解度 - Google Patents

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Abstract

一种甘乙二醇组合物，包括welan胶，碱性螯合 剂或碱，例如磷酸三钠和乙二醇。碱性螯合剂或碱增 加了welan胶在醇中的溶解度，从而增加了该乙二醇 组合物的粘度和触变性能。

Description

本发明涉及包含有Welan胶的乙二醇组合物，和提高该胶在乙二醇中的溶解度。
包含Welan胶的乙二醇组合物的一个特定的应用是作为一种绝热材料，如美国专利申请第07/643872号中所描述的那种材料。
输送从海上油田获得的石油要求有特殊设计的输油系统。一般的油温大约为220°～250°F，而输油必须经过的水的温度却可能低至32°-50°F。穿越这样一个低温环境的任何输油系统必须具备把油与低温绝热的适当手段。
本发明的绝热组合物具有高效绝热性能，可方便地应用于挤出泡沫和绝热包裹材料或者很难或者不可能使用的场合中。
该组合物的绝热性能可以应用于长海底管路或低生产率的短管路上，同时管线未端又保持了最低的油温。
Jansson等人在《碳水化合物研究》139期（1985）217～223页描述了WELAN胶多聚糖的一次结构。WELAN胶的五糖重复单元包括葡萄糖，鼠李糖和甘露糖单元，其相对比例为43∶46∶11。
Crescenzi等人在《碳水化合物研究》149期（1986）425～432页描述了Welan胶在稀水溶液中的性能。
Crescenzi等人在《碳水化合物研究》160期（1987）283～302页中描述了支链糖对三阴离子细菌聚糖（three  anionic  bacterial  polysaccharides），（包括Welan胶）的稀溶液性质的影响。
美国专利申请第07/643872号描述了作为绝热材料的触变组合物，包括乙二醇和与乙二醇相容的Welan胶。该专利申请中所描述的适于制备绝热材料的Welan胶依照Kang等人的美国专利4342866所述的工艺方法制备，包括发酵、用次氯酸钠和丙酸钙作浆状物处理（broth  treatment）、沉淀、干燥和碾碎。优选的乙二醇相容Welan胶是用改进工艺制备的，即加入硫酸钠或硫酸钾是在发酵之后和沉淀之前。
本发明的目的是使用Welan胶提供一种触变型粘化的乙二醇组合物作为绝热材料，制备Welan胶的工艺按照Kang等人的美国专利4342866所述，但在发酵后不需要再加入硫酸钠或硫酸钾。
本发明是一种绝热材料，包括乙二醇、Welan胶和碱性螯合剂，例如磷酸三钠，六偏磷酸钠或EDTA，碱类，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵，或这些碱性螯合剂与碱类的混合物。优选的乙二醇组合物包括磷酸三钠作为碱性螯合剂或碱。碱性螯合剂和/或碱的存在增大了Welan胶在乙二醇中的溶解度，而与Welan胶的结合增加了乙二醇的粘度，从而提供了一种触变材料，在切应力下是一种可以泵送的流体，无剪切条件下是一种半固体。碱性螯合剂和/或碱的存在，通过增大Welan胶的溶解度，减少了溶胀不溶物的形成，增加了Welan胶在乙二醇中的溶解度，形成平滑触变组合物。碱性螯合剂在碱性条件下结合二价和三价阳离子。这样非常有效地减少了Welan胶分子间的离子交联，从而提高了Welan胶在乙二醇中的溶解度。
在乙二醇中的Welan胶在与碱螯合剂和/或碱的结合中的水合作用是在混合之后接着在室温条件下放置一段时间完成的。随着加热，或与乙二醇混合的水量增加时，水合速度增加。
在纯的乙二醇中水合作用是在混合后4小时及在室温下放置18小时后完成的。在纯水中，完成水合作用需约一小时或稍少些。
加入到甘醇中的Welan胶与碱性螯合剂和/或碱干掺混。碱性螯合剂和/或碱的加入量在约1%和20%之间，优选在约5%和15%之间，更优选为约10%，以Welan胶的总重量为基数。
本发明的乙二醇组合物的粘度比纯乙二醇的要大的多，而且比许多乙二醇/Welan胶组合物的粘度从始至终显著地高得多。因此，加入一种碱性螯合剂和/或碱可减少乙二醇/Welan胶组合物的粘度变化并增大最后的粘度。
用于本发明组合物的Welan胶按照Kang等人的美国专利4342866所描述的工艺制备。发酵之后，培养液用次氯酸钠和丙酸钙处理，然后沉淀，干燥并碾碎。
用于生产Welan胶的菌株
一种碱基因菌种（A  species  of  Alcaligenes），ATCC  31555，或类似的突变菌种可用来制备Welan胶。ATCC  31555是一种革兰氏阴性需氧棒状细菌。
Welan胶是适宜的含水营养介质在控制条件下，通过用未命名的碱基因菌种接种，进行需氧发酵产生的。该营养基含有碳、氮和无机盐供应源。发酵介质和发酵条件的各项细节在Kang等人的美国专利4342866中给出。
一般地说，发酵之后，浆状物在167°F进行巴氏杀菌10-15分钟，然后用异丙醇沉淀得到最终浓度为58-60%的很好的纤维。生成物在一个强力空气盘架干燥器上在50-55℃干燥约一小时，再磨碎过80目筛。
本发明的乙二醇绝热组合物的制备用下述方法：用普通工艺将Welan胶与碱性螯合剂和/或碱干掺混，用一个掺合机，例如Oster掺合机，以10000转/分搅拌20分钟，将乙二醇与上述掺合物相结合。
粘度的测量如下：0.25%w/w的Welan胶/碱性螯合剂和/或碱的混合物与乙二醇掺合，用Brookfield低粘度测试仪（LVT）在6转/分下测试。
实施例1-29
制备组合物并测试粘度。
组合物包括乙二醇，0.25%Welan胶/磷酸三钠掺混物，其中后者含有0.5或10%的磷酸三钠，以干燥掺混物重量计。
表1
粘度(cp)
Welan胶  Welan胶
+  +
实施例 Welan胶 5%Na3PO410%Na3PO4
1  200  2390  2960
2  270  2700  2920
表1（续）
粘度(cp)
Welan胶  Welan胶
+  +
实施例 welan胶 5%Na3PO410%Na3PO4
3  080  2370  2620
4  2340  2810  2790
5  1210  2990  2990
6  1670  2090  1940
7  1500  2100  1950
8  540  2560  2970
9  110  1390  2840
10  960  3040  2970
11  350  1820  2170
12  230  -  2640
13  1160  -  2340
14  55  -  2450
15  60  -  1500
16  50  -  2320
17  100  -  3020
18  230  -  2640
19  1200  -  2580
20  1160  -  2340
21  55  -  2450
表1（续）
粘度(cp)
Welan胶  Welan胶
+  +
实施例 Welan胶 5%Na3PO410%Na3PO4
22  45  -  2820
23  105  -  1970
24  60  -  1500
25  50  -  2320
26  160  -  1660
27  1350  -  1940
28  2370  -  2940
29  1950  -  2690
实施例30
制备了本发明的一种组合物，包括乙二醇和0.25%Welan胶，并包括10%磷酸三钠（以掺混物的重量计），测量了其粘度，与含有0.25%Welan胶和含有10%的EDTA、或者氢氧化钾，碳酸钠，碳酸氢铵，氯化铵，磷酸钙，氢氧化钙，或硼酸钠（以Welan胶的掺混物重量为基准数计算）的组合物的粘度比较。粘度结果表明，对于与碱性螯合剂（磷酸钠，EDTA）或碱（氢氧化钾，碳酸钠，碳酸氢铵）干掺混的样品来说，Welan胶在乙二醇中的溶解度提高了。
盐  粘度
（不含盐）  114
磷酸三钠  2910
EDTA  2750
氢氧化钾  1280
碳酸钠  680
碳酸氢铵  370
氯化铵  135
磷酸钙  120
氯化钙  55
硼酸钠  50
本发明的触变组合物具有优越的流动性和绝热性能。
在静止状态，触变组合物的性质是宾汉（Bingham）塑性体。但当受到切应力作用时，触变组合物会流态化。切应力一取消，触变组合物又转变为高粘性/宾汉塑性状态。
任意地加入一种金属螯合剂，其含量要足以减低由于存在金属离子而产生的毒害作用。
优选本发明组合物的组成重量比为乙二醇∶Welan胶在100∶1和300∶1之间，再优选在150∶1和250∶1之间，更优选在175∶1和225∶1、甚至180∶1和220∶1之间。最优选的乙二醇∶Welan胶的重量比为约195∶1。这些组合物还含有Welan胶∶碱性螯合剂和/或碱的重量比为99∶1和5∶1之间，优选在20∶1和17∶3之间，更优选为9∶1。
更优选的碱性螯合剂和/或碱是磷酸三钠。
上述物系特别应用的目标流体是从海底油井所获得的石油，这种油，本身的温度比海水的高很多，要与较低温度的海水绝热，当通过流体导管流动时保持其原来的较高的温度。

Claims (6)

1、一种触变组合物，包括乙二醇，Welan胶和碱性螯合剂和/或碱，其中，Welan胶对碱性螯合剂和/或碱之比在大约99∶1和5∶1之间，而乙二醇对Welan胶之比在大约100∶1和300∶1之间。
2、权利要求1的组合物，其中Welan胶对碱性螯合剂和/或碱之比在大约20∶1和17∶3之间。
3、权利要求2的组合物，其中Welan胶对碱性螯合剂和/或碱之比大约为9∶1。
4、权利要求1的组合物，其中碱性螯合剂是磷酸三钠，六偏磷酸钠或EDTA，而碱是氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化铵，碳酸钠，碳酸钾，碳酸铵，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸氢铵。
5、权利要求4的组合物，其中碱性螯合剂是磷酸三钠。
6、权利要求1的组合物，其中所具有的粘度大于约2500cp，用Brookfield低粘度测试仪（LVT）以6转/分进行测量。
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