CN109896974A - 一种双电子型可聚合表面活性剂单体、其制备方法及应用 - Google Patents
一种双电子型可聚合表面活性剂单体、其制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种双电子型可聚合表面活性剂单体，其制备方法包括(1)将环氧氯丙烷与长链叔胺在盐酸溶液中进行开环反应，得到中间体EPT，(2)将EPT与N‑二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺进行季铵化反应得最终产物；将该单体与丙烯酰胺、丙烯酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸在室温下引发聚合，干燥、粉粹、过筛，得聚合物稠化剂粉末；将该粉末配制成0.3wt％的溶液，即得压裂液。本发明制备方法具有环保、成本低且产率及纯度都比较高的特点，且基于该单体的疏水缔合聚合物溶液具有较好的粘弹性以及耐温抗盐能力，用其配制得到的压裂液可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高且悬砂能力差的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于油田化学领域，涉及一种双电子型可聚合表面活性剂单体的制备及其在油田压裂液稠化剂中的应用。
背景技术
双电子型可聚合表面活性剂单体是一类兼具不饱和基团、疏水长链以及强水溶性集团的有机化合物，由于其结构中具有季铵离子、羟基以及酰胺基使得其具有优异的水溶性，而且由于其双季铵盐结构的存在使得其具有杀菌剂和黏土稳定剂的功效。除此之外，在其用量占单体总量很少的情况下(≤0.20wt％)，将其与丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚得到的疏水缔合聚合物水溶液更容易形成氢键，使得聚合物水溶液具有较为密集的空间网络结构，从而使聚合物水溶液具有优异的粘弹性。因此用该双电子型可聚表面活性剂单体制备的疏水缔合聚合物可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高、悬砂能力差的技术问题，因而用该单体制备的疏水缔合聚合物压裂液具有广阔的应用前景。但目前尚没有资料报道该类双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，为了将双子表面活性剂的优异性能引入聚合物中，扩大其应用范围，本发明参考双子表面活性剂的合成方法，设计并制备了一种具有双电子以及疏水长链的可聚合表面活性剂单体。
发明内容
本发明的目的是提供一种双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，具有环保、成本低且产率及纯度都比较高的特点，且基于该单体的疏水缔合聚合物溶液具有较好的粘弹性以及耐温抗盐能力，用其配制得到的压裂液可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高且悬砂能力差的技术问题。
本发明采取的技术方案是：
一种双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环氧氯丙烷与长链叔胺在盐酸溶液中进行开环反应，得到中间体EPT，反应式如下所示：
(2)将EPT与N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺进行季铵化反应，从而得到双电子型可聚合表面活性剂单体，反应式如下所示，其中，氯离子在水溶液中以离子键的形式存在：
进一步的，所述的长链叔胺选自十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺、油酸酰胺丙基二甲基叔胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺之一。
进一步的，步骤(1)中环氧氯丙烷、氯化氢与长链叔胺的摩尔比为1.0:1.1-1.5:1.5-2.0。
进一步的，步骤(1)中环氧氯丙烷、氯化氢与长链叔胺的摩尔比为1.0:1.2:2.0。
进一步的，步骤(1)中所述的开环反应条件为：在50-60℃的温度下反应3-6h。
进一步的，步骤(2)中，EPT与N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺的摩尔比为1.0:1.0-1.5。
进一步的，步骤(2)中，EPT与N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺的摩尔比为1.0:1.1。
进一步的，步骤(2)中所述的季铵化反应条件为：在50-60℃的温度下反应10-15h。
进一步的，步骤(1)和(2)中所述的开环反应和季铵化反应所用的有机溶剂为对环境没有伤害的乙醇或乙酸乙酯。
一种双电子型可聚合表面活性剂单体，其特征在于，该单体的结构式具有权利要求1中步骤(2)合成的单体的通式结构。
利用所述的双电子型可聚合表面活性剂单体制备聚合物稠化剂的方法为：将丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和双电子型可聚合表面活性剂单体按质量比为65:19.95:15:0.05在室温下引发聚合，聚合10h后得到共聚物，然后将共聚物剪碎，在50℃条件下干燥，最后粉粹、过250目筛，得聚合物稠化剂粉末。
所述聚合物稠化剂粉末作为压裂液的应用方法是：将所述聚合物稠化剂粉末加入水中充分搅拌，配制成0.3wt％的溶液，即得压裂液。
本发明的有益效果是：
1.本发明制备双电子型可聚合表面活性剂单体的过程中，所用的有机溶剂为无毒的乙醇或乙酸乙酯，而且制备产率达到了95％以上，且该反应没有任何副产物产生，产物不需要提纯可以直接应用，因而该方法具有环保、成本低、产率及纯度都比较高的优点。
2.基于该双电子型可聚合表面活性剂单体制备的疏水缔合聚合物具有较好的粘弹性以及耐温抗盐能力，用其配制得到的压裂液可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高、悬砂能力差的技术问题。
附图说明
图1是以十二烷基二甲基叔胺为原料制备的中间体EPT-12的核磁谱图；
图2是以十八烷基二甲基叔胺为原料制备的中间体EPT-18的核磁谱图；
图3是以十二烷基二甲基叔胺为原料制备的双电子表面活性剂单体DMEPT-12的核磁谱图；
图4是以十八烷基二甲基叔胺为原料制备的双电子表面活性剂单体DMEPT-18的核磁谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一：
首先将100mmol的十二烷基二甲基叔胺溶于乙醇中，接着向圆底烧瓶中加入120mmol的浓度为37％的盐酸，在室温下搅拌5min，使盐酸完全溶解到溶液里面。接着向烧瓶里面加入200mmol的环氧氯丙烷，并升温至55℃，反应6.0h。反应完毕后，旋蒸除去乙醇和剩余的环氧氯丙烷，最后得到淡黄色粘稠的膏状物，并放置在干燥瓶中备用，记为EPT-12，核磁谱图如图1所示。
实施例二：
首先将100mmol的十八烷基二甲基叔胺溶于乙醇中，接着向圆底烧瓶中加入140mmol的浓度为37％的盐酸，在室温下搅拌10min，使盐酸完全溶解到溶液里面。接着向烧瓶里面加入160mmol的环氧氯丙烷，并升温至60℃，反应4.0h。反应完毕后，旋蒸除去乙醇和剩余的环氧氯丙烷，最后得到淡黄色粘稠的膏状物，并放置在干燥瓶中备用，记为EPT-18，核磁谱图如图2所示。
实施例三：
首先将100mmol的EPT-12和120mmol的N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺溶于乙醇中，接着在55℃下反应10h。反应结束后，旋蒸除去溶剂，则会得到淡黄的粘稠状液体，记为DMEPT-12，核磁谱图如图3所示。
实施例四：
首先将100mmol的EPT-18和120mmol的N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺溶于乙醇中，接着在60℃下反应12h。反应结束后，旋蒸除去溶剂，则会得到淡黄的粘稠状液体，记为DMEPT-18，核磁谱图如图4所示。
从图1～4可看出，中间体及最终的单体均已成功合成，而且纯度较高。
实施例五：
本实施例采用丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和DMEPT-12四种单体按重量比为65:19.95:15:0.05在室温下引发聚合，聚合10h后得到共聚物，然后将共聚物剪碎，在50℃条件下干燥，最后将其粉粹至过250目筛，得聚合物稠化剂粉末。接着将聚合物配制成0.3wt％的溶液，充分搅拌后得到压裂液。该聚合物压裂液体系具有较好的粘弹性以及耐温抗盐能力，其可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高、悬砂能力差的技术问题。
实施例六：
本实施例采用丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和DMEPT-18四种单体按重量比为65:19.98:15:0.02在室温下引发聚合，聚合10h后得到共聚物，然后将共聚物剪碎，在60℃条件下干燥，最后将其粉粹至过250目筛，得疏水缔合聚合物稠化剂粉末。接着将聚合物配制成0.3wt％的溶液，充分搅拌后得到压裂液。该聚合物压裂液体系具有较好的粘弹性以及耐温抗盐能力，其可有效解决传统疏水缔合聚合物压裂液成本高、悬砂能力差的技术问题。
Claims (10)
1.一种双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将环氧氯丙烷与长链叔胺在盐酸溶液中进行开环反应，得到中间体EPT，反应式如下所示：
(2)将EPT与N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺进行季铵化反应，从而得到双电子型可聚合表面活性剂单体，反应式如下所示：
2.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，所述的长链叔胺选自十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺、油酸酰胺丙基二甲基叔胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺之一。
3.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中环氧氯丙烷、氯化氢与长链叔胺的摩尔比为1.0:1.1-1.5:1.5-2.0。
4.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的开环反应条件为：在50-60℃的温度下反应3-6h。
5.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，EPT与N-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺的摩尔比为1.0:1.0-1.5。
6.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的季铵化反应条件为：在50-60℃的温度下反应10-15h。
7.如权利要求1所述的双电子型可聚合表面活性剂单体的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中所述的开环反应和季铵化反应所用的有机溶剂为对环境没有伤害的乙醇或乙酸乙酯。
8.一种双电子型可聚合表面活性剂单体，其特征在于，该单体的结构式具有权利要求1～7中任一步骤(2)合成的单体的通式结构。
9.利用权利要求8所述的双电子型可聚合表面活性剂单体制备聚合物稠化剂的方法，其特征在于，将丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和双电子型可聚合表面活性剂单体按质量比为65:19.95:15:0.05在室温下引发聚合，聚合10h后得到共聚物，然后将共聚物剪碎，在50℃条件下干燥，最后粉粹、过250目筛，得聚合物稠化剂粉末。
10.利用权利要求9所述的聚合物稠化剂粉末配制压裂液的方法，其特征在于，将所述聚合物稠化剂粉末加入水中充分搅拌，配制成0.3wt％的溶液，即得压裂液。
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