CN113929821A - 一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法 - Google Patents

一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田化学应用研究领域，提供了一种研究具备抗温性能的纳米纤维素衍生物的制备方法。通过溶液聚合法对制备的纳米纤维素进行接枝改性获得具有抗温性能的纳米纤维素衍生物。制备方法：用球磨预处理纤维粉，在此基础上再次进行硫酸水解制备纳米纤维素，以过硫酸铵作为引发剂采用溶液聚合法对纳米纤维素进行接枝改性。本发明的有益效果为：提供了一种策略来生产具有接枝AMPS基团的纳米纤维素衍生物，AMPS基团具有良好的稳定性，在一定程度上提升了介质产物的热稳定性、耐水解性以及抗盐抗钙能力。制得的纳米纤维素衍生物具有良好的抗温性能，突破了纤维素类产品本身抗温性能一般的限制。

Description

一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法
技术领域
本发明涉及油田化学应用领域，具体来讲，本发明涉及一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法。
背景技术
钻井液是在油气井钻进过程中运用自身多种功能特性来满足钻井工作需求的各种各样循环流体的统称。现在的钻井液在保证安全快速钻进的同时还要有一定的环保要求，以不污染环境且可持续发展为准。纳米纤维素不仅原料多种多样，还具有良好的环境友好性，应用于在钻井液中还拥有良好的剪切稀释性，足够强的结构刚度，较大的比表面积等多种优点。所以，探索纳米纤维素封堵微纳米级页岩孔隙的能力对于环境保护，经济发展，以及快速安全地钻井是有重要意义的。
常用的有机纳米封堵剂通常是由聚合物纳米复合材料组成。因为高分子量聚合物中非极性部分向外伸展，它降低了泥饼的渗透性，从而达到减少钻井液漏失的目的。Fe3O4纳米材料、铁基纳米颗粒(FeNP)/钙基纳米颗粒(CaNP)等无机纳米封堵剂具有良好的降滤失效果。有机/无机纳米封堵剂是由无机刚性材料和一种或几种有机可变形纳米材料的复合物。但常规封堵剂存在环境污染性，不利于持续发展，且不能有效封堵微纳米裂缝地层。所以，探索纳米纤维素封堵微纳米级页岩孔隙的能力对于环境保护，经济发展，以及快速安全地钻井是有重要意义的。
发明内容
为解决常规封堵剂存在环境污染性，不利于持续发展，且不能有效封堵微纳米裂缝地层的问题，本文利用纤维素粉(α-Cellulose)制备出一种纳米纤维素衍生物NC-XS，以纤维素为原料，通过先酸化制备纳米纤维素，再接枝改性的方法，高效的制备纳米纤维素衍生物，简单易行，性质良好，可以很好地作为封堵剂应用到钻井液体系中。
为解决上述技术问题，本发明提出一种高效的纳米纤维素衍生物制备方法，包括如下步骤：
S1：以纤维素为原料，采用球磨预处理纤维素粉，使用硫酸水解球磨后的纤维素粉破坏其晶体结构制备纳米纤维素(NC-X)，硫酸体积分数60％；
S2：将S1得到的纳米纤维素NC-X中加入一定量的去离子水中调节质量分数为5％进行预水化后通入氮气排氧；
S3：将S2得到的纤维素粉悬浮液用浓度为20％硫酸调节pH值为2，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵进行引发反应，形成初级自由基；
S4：继续通入氮气，加入2：1的AMPS单体溶液进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4h后结束反应；
S5：将S4得到的反应产物进行固液分离，将离心后的混合物加入去离子水稀释，直至体系PH值为中性，将再次离心后的混合物清除残余引发剂和酸等杂质；
S6：将S5得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到纳米纤维素衍生物NC-XS。
进一步地，步骤S1中水解纤维素的硫酸为60％的稀硫酸，稀硫酸的量要求能与纤维素粉充分接触即可。进一步地，步骤S1中，根据实验室实际操作情况，调整最佳工艺参数为硫酸体积分数60％、超声功率166W、反应温度46℃、反应时间77min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明制备的纳米纤维素NC-X具有原料易获取、可降解及环境友好的特点，解决了常规封堵剂存在环境污染性的问题，通过对纳米纤维素NC-X进行接枝AMPS基团进行抗温接枝改性，使得制备的纳米纤维素衍生物NC-XS克服了纤维素类产品抗温性能一般的缺点。
2、本发明接枝改性所用的AMPS分子中含有不饱和的乙烯基以及亲水性极强的-SO3 2-，且-SO3 2-的存在还使得其具有良好的稳定性，不易被钠离子、钙离子等阳离子污染，同时-SO3 2-对-CONH-的水解也有一定的抑制作用；用AMPS作为聚合物的接枝单体，将在一定程度上提升接枝产物的热稳定性、耐水解性以及抗盐抗钙能力。
3、本发明优选了溶液聚合法及以过硫酸铵为引发剂引发NC-X改性接枝改性NC-XS，以NC-XS在淡水基浆中的降滤失效果来优化接枝改性NC-XS的合成条件，确定了最佳的反应条件为：反应温度为40℃；反应时间为4h；引发剂用量为单体的0.5％；pH为7.0；单体配比为2：1。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，通过一下实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
(1)称取前期制备的纳米纤维素NC-X30g(干计)，加入一定量的去离子水中调节质量分数为5％，在磁力搅拌锅上常温搅拌10分钟进行预水化，然后加入到固定在恒温水浴锅中的三口烧瓶里，向三口烧瓶通入氮气排氧10分钟。并调节温度为40℃使温度恒定。
(2)用浓度为20％硫酸调节纤维素粉悬浮液的pH值为2，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵(相对于单体)200ml到三口烧瓶中进行引发反应，搅拌20分钟形成初级自由基。
(3)继续通入氮气，加入2：1的AMPS单体溶液200ml进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4h后结束反应。
(4)反应结束后，在8000rpm的条件下离心10min使固液分离，将离心后的混合物加入盛有去离子水的烧杯中稀释，多次换水稀释直至体系PH值为中性，再次离心。
(5)最后将离心后的混合物转入真空抽滤瓶的漏斗上，打开真空泵同时加入大量去离子水清除残余引发剂和酸等杂质。
(6)将真空抽滤后得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到NC-XS。NC-XS在淡水基浆中的常温老化前API滤失量为5.8ml，160℃/16h老化后API滤失量为7.6ml。
实施例2
(1)称取前期制备的纳米纤维素NC-X25g(干计)，加入一定量的去离子水中调节质量分数为4％，在磁力搅拌锅上常温搅拌10分钟进行预水化，然后加入到固定在恒温水浴锅中的三口烧瓶里，向三口烧瓶通入氮气排氧10分钟。并调节温度为35℃使温度恒定。
(2)用浓度为20％硫酸调节纤维素粉悬浮液的pH值为2，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵(相对于单体)200ml到三口烧瓶中进行引发反应，搅拌20分钟形成初级自由基。
(3)继续通入氮气，加入2：1的AMPS单体溶液200ml进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4h后结束反应。
(4)反应结束后，在8000rpm的条件下离心15min使固液分离，将离心后的混合物加入盛有去离子水的烧杯中稀释，多次换水稀释直至体系PH值为中性，再次离心。
(5)最后将离心后的混合物转入真空抽滤瓶的漏斗上，打开真空泵同时加入大量去离子水清除残余引发剂和酸等杂质。
(6)将真空抽滤后得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到NC-XS。NC-XS在淡水基浆中的常温老化前API滤失量为8.4ml，160℃/16h老化后API滤失量为10.6ml。
实施例3
(1)称取前期制备的纳米纤维素NC-X32g(干计)，加入一定量的去离子水中调节质量分数为5％，在磁力搅拌锅上常温搅拌10分钟进行预水化，然后加入到固定在恒温水浴锅中的三口烧瓶里，向三口烧瓶通入氮气排氧10分钟。并调节温度为40℃使温度恒定。
(2)用浓度为20％硫酸调节纤维素粉悬浮液的pH值为3，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵(相对于单体)200ml到三口烧瓶中进行引发反应，搅拌20分钟形成初级自由基。
(3)继续通入氮气，加入1.5：1的AMPS单体溶液200ml进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4.5h后结束反应。
(4)反应结束后，在8000rpm的条件下离心13min使固液分离，将离心后的混合物加入盛有去离子水的烧杯中稀释，多次换水稀释直至体系PH值为中性，再次离心。
(5)最后将离心后的混合物转入真空抽滤瓶的漏斗上，打开真空泵同时加入大量去离子水清除残余引发剂和酸等杂质。
(6)将真空抽滤后得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到NC-XS。NC-XS在淡水基浆中的常温老化前API滤失量为8.2ml，160℃/16h老化后API滤失量为10.2ml。
实施例4
(1)称取前期制备的纳米纤维素NC-X28g(干计)，加入一定量的去离子水中调节质量分数为5％，在磁力搅拌锅上常温搅拌10分钟进行预水化，然后加入到固定在恒温水浴锅中的三口烧瓶里，向三口烧瓶通入氮气排氧10分钟。并调节温度为40℃使温度恒定。
(2)用浓度为20％硫酸调节纤维素粉悬浮液的pH值为2，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵(相对于单体)200ml到三口烧瓶中进行引发反应，搅拌20分钟形成初级自由基。
(3)继续通入氮气，加入2：1的AMPS单体溶液200ml进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4h后结束反应。
(4)反应结束后，在8000rpm的条件下离心10min使固液分离，将离心后的混合物加入盛有去离子水的烧杯中稀释，多次换水稀释直至体系PH值为中性，再次离心。
(5)最后将离心后的混合物转入真空抽滤瓶的漏斗上，打开真空泵同时加入大量去离子水清除残余引发剂和酸等杂质。
(6)将真空抽滤后得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到NC-XS。NC-XS在淡水基浆中的常温老化前API滤失量为8.4ml，160℃/16h老化后API滤失量为10.6ml。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，包括如下步骤：
S1：以纤维素为原料，采用球磨预处理纤维素粉，使用硫酸水解球磨后的纤维素粉破坏其晶体结构制备纳米纤维素(NC-X)，硫酸体积分数60％；
S2：将S1得到的纳米纤维素NC-X中加入一定量的去离子水中调节质量分数为5％进行预水化后通入氮气排氧；
S3：将S2得到的纤维素粉悬浮液用浓度为20％硫酸调节pH值为2，待温度稳定加入0.5％过硫酸铵进行引发反应，形成初级自由基；
S4：将S3得到的反应产物继续通入氮气，加入2：1的AMPS单体溶液进行制备反应，反应过程中保持温度恒定不变，4h后结束反应；
S5：将S4得到的反应产物进行固液分离，将离心后的混合物加入去离子水稀释，直至体系PH值为中性，将再次离心后的混合物清除残余引发剂和酸等杂质；
S6：将S5得到的固体转入装有丙酮的试剂管中中然后在超声波清洗机中清洗半小时得到纳米纤维素衍生物NC-XS。
2.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S1中的原料纤维素需要用球磨进行预处理得到纤维素粉。
3.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S1中，球磨后的产物需要放入离心机处理，从而得到样品悬浮液。
4.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S1中水解纤维素的硫酸为60％的稀硫酸，稀硫酸的量要求能与纤维素粉充分接触即可。
5.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S1中，根据实验室实际操作情况，调整最佳工艺参数为硫酸体积分数60％、超声功率166W、反应温度46℃、反应时间77min。
6.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S2中，选取溶液聚合法以去离子水作为溶剂对制备的纤维素衍生物进行接枝改性。
7.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S3中，用AMPS作为聚合物的接枝单体，在一定程度上提升接枝产物的热稳定性、耐水解性以及抗盐抗钙能力。
8.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S3中，根据过硫酸盐在接枝聚合过程中需求的温度稳定波动小，且过硫酸盐价格相对较低且没有毒性，选用(NH4)2S2O8-NaHSO3氧化还原体系作为引发剂。
9.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S4中，最佳反应条件为：反应温度40℃；反应时间4h；引发剂用量为单体的0.5％；pH 7.0；单体配比2：1。
10.根据权利要求1所述的一种性能良好的纳米纤维素衍生物制备方法，其特征在于：步骤S6中，S5得到的产物需要放入装有丙酮的试剂管中进行超声清洗，即得到纳米纤维素衍生物的固体粉末。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1334272A (zh) * 2000-07-18 2002-02-06 中国科学院广州化学研究所 一种纳米微晶纤维素及制法
CN102690358A (zh) * 2012-06-01 2012-09-26 南京信息工程大学 一种纤维素纳米晶悬浮液及其制备方法
CN104364342A (zh) * 2012-04-13 2015-02-18 普拉德研究及开发股份有限公司 包含纳米纤维素的流体和方法
CN107001910A (zh) * 2014-10-15 2017-08-01 王子控股株式会社 包含微细纤维素纤维的组合物
CN107936125A (zh) * 2017-12-11 2018-04-20 厦门大学 一种微纳米纤维素的制备方法
CN109021170A (zh) * 2017-06-09 2018-12-18 天津科技大学 一种抗盐性纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法
CN110330954A (zh) * 2019-05-27 2019-10-15 天津市木精灵生物科技有限公司 纤维素纳米纤维基高温高盐降滤失剂及其制备方法
CN113004426A (zh) * 2021-03-24 2021-06-22 江南大学 一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1334272A (zh) * 2000-07-18 2002-02-06 中国科学院广州化学研究所 一种纳米微晶纤维素及制法
CN104364342A (zh) * 2012-04-13 2015-02-18 普拉德研究及开发股份有限公司 包含纳米纤维素的流体和方法
CN102690358A (zh) * 2012-06-01 2012-09-26 南京信息工程大学 一种纤维素纳米晶悬浮液及其制备方法
CN107001910A (zh) * 2014-10-15 2017-08-01 王子控股株式会社 包含微细纤维素纤维的组合物
CN109021170A (zh) * 2017-06-09 2018-12-18 天津科技大学 一种抗盐性纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法
CN107936125A (zh) * 2017-12-11 2018-04-20 厦门大学 一种微纳米纤维素的制备方法
CN110330954A (zh) * 2019-05-27 2019-10-15 天津市木精灵生物科技有限公司 纤维素纳米纤维基高温高盐降滤失剂及其制备方法
CN113004426A (zh) * 2021-03-24 2021-06-22 江南大学 一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法

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