CN113046162B - 一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，包含以下质量百分比的组分：复合冻融稳定剂3％‑9％，复合润滑剂11％‑20％，乳化剂3％‑7％，防锈防腐剂9％‑17％，软水剂6％‑11％，消泡剂0.4％‑1.0％，水43％‑56％。本发明煤矿液压支架浓缩液具有优异的冻融稳定性，适应范围广，可以满足西北地区冬季的正常使用，减少浓缩液的存储及周转成本，缩短提前下井时间，避免占用井下有限的空间。同时具有良好的防锈防腐蚀及可生物降解性能，可以延长液压支架的使用寿命，缓减浓缩液对井下水体的污染。

Description

一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液及其制备方法
技术领域
本发明属于液压支架用液领域，具体涉及一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液及其制备方法。
背景技术
液压支架用浓缩液是由水溶性或亲水性防锈剂、润滑剂、乳化剂、防腐剂及其它添加剂和水组成的O/W纳米乳液，由于不含基础油，所以可以有效避免乳化油的析油问题，现已在各大煤矿中得到广泛应用。
在现场实际应用中，浓缩液从生产到现场会经历较大的温度变化，特别是冬季，华北、西北地区等昼夜温差较大的地区。因此，煤炭行业标准MT76-2011对浓缩液的冻融性能提出了明确的要求，具体要求为将浓缩液置于-21℃～-16℃冷冻8h，然后取出置于10℃～35℃环境下16h还原，将此作为一个冻融过程，重复5个循环后，观察其是否可以恢复原状。
然而，在现场实际应用中，如果遇到极端天气，浓缩液在经过多个冻融循环之后，当气温恢复至浓缩液凝点以上，MT76-2011规定的冻融还原温度以下时，会出现还原速度慢甚至还原不完全，呈果冻状胶团，无法从桶里倒出，给实际使用带来不便。
目前国内尚未见成熟的增强浓缩液冻融稳定性能的生产技术与相关产品，从而限制了水基浓缩液在内蒙古及新疆地区的使用，因此需要研究相关领域的专用添加剂。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前的液压支架用浓缩液在低温下还原慢甚至不还原，导致水基浓缩液在西北地区、内蒙古及新疆地区的使用受限。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明实施例提出一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液及其制备方法，该液压支架浓缩液制备方法简单，具有优异的冻融稳定性，适应范围广，可以满足西北地区、内蒙古及新疆地区冬季的正常使用，减少浓缩液的存储及周转成本，缩短提前下井时间，避免占用井下有限的空间。同时具有良好的防锈防腐蚀及可生物降解性能，可以延长液压支架的使用寿命，缓减浓缩液对井下水体的污染。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中包括以下质量百分比的组分：
Figure BDA0002964252460000021
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液带来的优点和技术效果，所述酰基氨基酸盐对金属在腐蚀介质中具有良好的缓蚀作用，主要是由于氨基酸分子中S、N上有孤对电子与Fe空轨道形成表面配合物而吸附到碳钢表面，形成了一层致密的吸附膜而有效阻止金属的腐蚀，大大降低了其腐蚀速度。另外，氨基酸类表面活性剂易于降解，属于绿色表面活性剂。
液压支架浓缩液中的复合冻融稳定剂由酰基氨基酸盐组成，酰基氨基酸盐表面活性剂因其独特的结构特点，溶于水后解离成离子，构成双电层，低温时阻止乳液粒子凝聚。同时，酰基氨基酸盐由于含有多个电负性杂原子，这些杂原子可以与水分子缔合，这样在乳液粒子周围似乎有一层与它紧密相连的水膜，使乳液粒子难以凝结，增强其稳定性。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述复合冻融稳定剂包括69-83重量份脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂，和17-29重量份油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(I)所示，所述油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(II)所示：
式Ⅰ：
Figure BDA0002964252460000022
式Ⅱ：
Figure BDA0002964252460000023
其中，R1为C8～C12的直链烷烃基或含有支链的烷烃基，R2为C12～C18的直链饱和烷烃基或不饱和烷烃基，M为有机碱HOCH2CH2)NH2、(HOCH2CH2)2NH和(HOCH2CH2)3N的一种或两种。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述复合润滑剂包括1-3重量份磺化蓖麻油和1-3重量份油酸三乙醇胺。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述防锈防腐剂包括15-18重量份癸二酸二乙醇胺、6-9重量份苯甲酸钠和1～3重量份苯并三氮唑。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述软水剂为EDTA-2Na。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和乳化硅油的任意一种或两种。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液的制备方法，其中，包括以下步骤：
a、将脂肪酸酰基肌氨酸与有机碱按摩尔比1:1.1-2.5置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至70-110℃，反应1.0-3.0h，得脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂；
b、将油脂基酰基谷氨酸与有机碱按摩尔比1:2.1-3.4置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至110-150℃，反应3.0-4.5h，得油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂；
c、将所述步骤a、b中的脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂和油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂；
d、将软水剂加入水中，开始进行机械搅拌，随后依次加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，加热溶液至60-85℃后，保温30min，再在室温下自然冷却至40-50℃，随后加入消泡剂，再搅拌5-10min，得到液压支架浓缩液。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液的制备方法带来的优点和技术效果，本方法制备工艺简单，生产设备简易，反应条件温和，适合工业化大规模生产，制备的液压支架用浓缩液具有优异的冻融稳定性，适应范围广，可以满足北方地区冬季的正常使用，减少浓缩液的存储及周转成本，缩短提前下井时间，避免占用井下有限的空间。同时具有良好的防锈防腐蚀及可生物降解性能，可以延长液压支架的使用寿命，缓减浓缩液对井下水体的污染，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明实施例1-3的液压支架浓缩液制备流程图；
图2是本发明实施例1中第五次冻融还原后的状态图；
图3是本发明对比例1中第五次冻融还原后的状态图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其中包括以下质量百分比的组分：
Figure BDA0002964252460000041
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，液压支架浓缩液中的酰基氨基酸盐对金属在腐蚀介质中具有良好的缓蚀作用，主要是由于氨基酸分子中S、N上有孤对电子与Fe空轨道形成表面配合物而吸附到碳钢表面，形成了一层致密的吸附膜而有效阻止金属的腐蚀，大大降低了其腐蚀速度。另外，氨基酸类表面活性剂易于降解，属于绿色表面活性剂。
液压支架浓缩液中的复合冻融稳定剂由酰基氨基酸盐组成，酰基氨基酸盐表面活性剂因其独特的结构特点，溶于水后解离成离子，构成双电层，低温时阻止乳液粒子凝聚。同时，酰基氨基酸盐由于含有多个电负性杂原子，这些杂原子可以与水分子缔合，这样在乳液粒子周围似乎有一层与它紧密相连的水膜，使乳液粒子难以凝结，可以增强乳液粒子的稳定性。
其中，复合冻融稳定剂包括69-83重量份脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂，和17-29重量份油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂。脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(I)所示，油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(II)所示：
式Ⅰ：
Figure BDA0002964252460000042
式Ⅱ：
Figure BDA0002964252460000051
其中，R1为C8～C12的直链烷烃基或含有支链的烷烃基，R2为C12～C18的直链饱和烷烃基或不饱和烷烃基，M为有机碱HOCH2CH2)NH2、(HOCH2CH2)2NH和(HOCH2CH2)3N的一种或两种。
复合润滑剂包括1-3重量份磺化蓖麻油和1-3重量份油酸三乙醇胺；乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；防锈防腐剂包括15-18重量份癸二酸二乙醇胺、6-9重量份苯甲酸钠和1-3重量份苯并三氮唑；软水剂为EDTA-2Na；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和乳化硅油的任意一种或两种。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液的制备方法，其中，包括以下步骤：
a、将脂肪酸酰基肌氨酸与有机碱按摩尔比1:1.1-2.5置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至70-110℃，反应1.0-3.0h，得脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂；
b、将油脂基酰基谷氨酸与有机碱按摩尔比1:2.1-3.4置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至110-150℃，反应3.0-4.5h，得油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂；
c、将所述步骤a、b中的脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂和油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂；
d、将软水剂加入水中，开始进行机械搅拌，随后依次加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，加热溶液至60-85℃后，保温30min，再在室温下自然冷却至40-50℃，随后加入消泡剂，再搅拌5-10min，得到液压支架浓缩液。
根据本发明实施例的具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液的制备方法，本方法制备工艺简单，生产设备简易，反应条件温和，适合工业化大规模生产，制备的液压支架用浓缩液具有优异的冻融稳定性，适应范围广，可以满足北方地区冬季的正常使用，减少浓缩液的存储及周转成本，缩短提前下井时间，避免占用井下有限的空间。同时具有良好的防锈防腐蚀及可生物降解性能，可以延长液压支架的使用寿命，缓减浓缩液对井下水体的污染，具有广阔的市场前景。
实施例1
一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其各组分及质量百分含量为：
Figure BDA0002964252460000052
Figure BDA0002964252460000061
其中，所述的复合冻融稳定剂为月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂按质量比82:18复合而成。
其中，所述的复合润滑剂为磺化蓖麻油和油酸三乙醇胺按质量比2:1复合而成。
其中，所述的乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
其中，所述的防锈防腐剂为癸二酸二乙醇胺、苯甲酸钠与苯并三氮唑按质量比15:6:1复合而成。
其中，所述的消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。
其中，所述的软水剂为EDTA-2Na。
其中，所述的水为自来水。
本实施例的液压支架浓缩液的制备方法具体为：将月桂酰基肌氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:1.1，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至70℃，反应2.0h，得月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将椰油酰基谷氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:2.1，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至130℃，反应3.0h得，椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂。
将软水剂EDTA-2Na加入到水中，打开机械搅拌，依次加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，升温至75℃并保温30.0min，降温至40℃，加入消泡剂，搅拌8min即得样品1。
实施例2
1、一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其各组分及质量百分含量为：
Figure BDA0002964252460000062
Figure BDA0002964252460000071
其中，所述的复合冻融稳定剂为月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂按质量比76:24复合而成。
其中，所述的复合润滑剂为磺化蓖麻油和油酸三乙醇胺按质量比2:1复合而成。
其中，所述的乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
其中，所述的防锈防腐剂为癸二酸二乙醇胺、苯甲酸钠与苯并三氮唑按质量比15:7:1复合而成。
其中，所述的消泡剂为乳化硅油。
其中，所述的软水剂为EDTA-2Na。
其中，所述的水为自来水。
本实施例的液压支架浓缩液的制备方法具体为：将月桂酰基肌氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:1.1，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至90℃，反应1.5h，得月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将椰油酰基谷氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:3.0，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至110℃，反应4.0h，得椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂。
将EDTA-2Na软水剂加入到自来水中，打开机械搅拌，依次加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，升温至80℃并保温30.0min，降温至40℃，加入消泡剂，搅拌8min即得样品2。
实施例3
1、一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其各组分及质量百分含量为：
Figure BDA0002964252460000072
其中，所述的复合冻融稳定剂为月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂按质量比80:20复合而成。
其中，所述的复合润滑剂为磺化蓖麻油和油酸三乙醇胺按质量比2:1复合而成。
其中，所述的乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
其中，所述的防锈防腐剂为癸二酸二乙醇胺、苯甲酸钠与苯并三氮唑按质量比17:8:1.5复合而成。
其中，所述的软水剂为EDTA-2Na。
其中，所述的消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和乳化硅油按质量比2.5:1复合而成。
其中，所述的水为自来水。
本实施例的液压支架浓缩液的制备方法具体为：将月桂酰基肌氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:1.1，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至110℃，反应1.5h，得月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将椰油酰基谷氨酸与三乙醇胺按摩尔比1:3.0，置于含有机械搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀后升温至150℃，反应3.0h，得到椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂。
将月桂酰基肌氨酸三乙醇胺表面活性剂和椰油酰基谷氨酸三乙醇胺表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂。
将EDTA-2Na软水剂加入到自来水中，打开机械搅拌，依次加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，升温至75℃并保温30.0min，降温至40℃，加入消泡剂，搅拌8min即得样品3。
对比例1
1、一种传统的对比液压支架浓缩液，其各组分及质量百分含量为：
Figure BDA0002964252460000081
其中，所述的稳定剂为三乙醇胺。
其中，所述的复合润滑剂为磺化蓖麻油和油酸三乙醇胺按质量比2:1复合而成。
其中，所述的乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
其中，所述的防锈防腐剂为癸二酸二乙醇胺、苯甲酸钠与苯并三氮唑按质量比16:7:1复合而成。
其中，所述的软水剂为EDTA-2Na。
其中，所述的消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。
其中，所述的水为自来水。
本对比例的液压支架浓缩液的制备方法具体为：将EDTA-2Na软水剂加入到自来水中，打开机械搅拌，加入复合润滑剂、乳化剂、稳定剂及防锈防腐剂，升温至75℃并保温30.0min，降温至40℃，加入消泡剂即得对照样。
依据煤炭行业标准MT76-2011对实施例及对比例样品进行评价，表1为原液测试，经评价均满足标准要求。
表1实施例及对比例原液样品评价结果
Figure BDA0002964252460000091
表2为高含水液压液按质量浓度4％配液，其中样品1、2、3的高含水液压液为用不同等级的人工硬水(10、15和20)配制质量分数4％的溶液，对比样的高含水液压液为用人工硬水(15)配制质量分数4％的溶液。经评价均满足标准要求。
表2实施例及对比例高含水液压液样品评价结果
Figure BDA0002964252460000101
下面对冻融性能开展专项评价研究，记录详细见表3，具体为将液压支架浓缩液置于-21℃～-16℃冷冻8h，然后取出置于(-5±1)℃环境下还原，记录每次完全还原需要的时间，时间超过16h无法完全还原，视为未恢复原状，重复5个循环后，观察其是否可以恢复原状。
表3实施例及对比例耐冻融性检测
Figure BDA0002964252460000111
根据表3，对实施例与对比例中液压支架浓缩液的冻融稳定性的进一步深入研究评价，如附图2所示为实施例1中第五次冻融还原后的状态图，可以发现多次冻融还原后，样品在低温下依旧保持液态，实现了在低温下快速还原。如附图3所示为对比例1中第五次冻融还原后的状态图，可以发现随着冻融次数的增加，样品在低温下呈果冻状固体，这种传统的液压支架浓缩液在低温下(-5±1℃)难以实现完全还原，影响产品的现场使用。而实施例中液压支架浓缩液具有优异的冻融稳定性，可以满足内蒙古及新疆等西北地区的现场使用。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，包含以下质量百分比的组分：
Figure FDA0003712266040000011
其中，所述复合冻融稳定剂为69-83重量份脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂，和17-29重量份油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂；
所述脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(I)所示，所述油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂如通式(II)所示：
式Ⅰ：
Figure FDA0003712266040000012
式Ⅱ：
Figure FDA0003712266040000013
其中，R1为C8～C12的直链烷烃基，R2为C12～C18的直链饱和烷烃基，M为有机碱HOCH2CH2NH2、(HOCH2CH2)2NH和(HOCH2CH2)3N的一种或两种。
2.根据权利要求1所述具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，所述复合润滑剂包括1-3重量份磺化蓖麻油和1-3重量份油酸三乙醇胺。
3.根据权利要求1所述具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1所述具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，所述防锈防腐剂包括15-18重量份癸二酸二乙醇胺、6-9重量份苯甲酸钠和1-3重量份苯并三氮唑。
5.根据权利要求1所述具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，所述软水剂为EDTA-2Na。
6.根据权利要求1所述具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液，其特征在于，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和乳化硅油的任意一种或两种。
7.根据权利要求1-6所述任意一种具有优异冻融稳定性的液压支架浓缩液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将脂肪酸酰基肌氨酸与有机碱按摩尔比1:1.1-2.5置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至70-110℃，反应1.0-3.0h，得脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂；
b、将油脂基酰基谷氨酸与有机碱按摩尔比1:2.1-3.4置于含有机械搅拌的容器中，搅拌均匀后升温至110-150℃，反应3.0-4.5h，得油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂；
c、将所述步骤a、b中的脂肪酸酰基肌氨酸盐阴离子表面活性剂和油脂基酰基谷氨酸盐阴离子表面活性剂混合均匀，得到复合冻融稳定剂；
d、将软水剂加入水中，开始进行机械搅拌，随后加入复合冻融稳定剂、复合润滑剂、乳化剂及防锈防腐剂，加热溶液至60-85℃后，保温30min，再在室温下自然冷却至40-50℃，随后加入消泡剂，再搅拌5-10min，得到液压支架浓缩液。
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