KR20170028969A

KR20170028969A - 하나 이상의 분지형 알킬 치환기를 갖는 4급 암모늄 이온을 갖는 유기점토 조성물

Info

Publication number: KR20170028969A
Application number: KR1020177003228A
Authority: KR
Inventors: 바우터 이즈도; 데이빗 디노; 얀휘 첸; 에드워드 마고란; 제프리 톰슨; 카말 사이드 카말 엘사예드
Original assignee: 엘리멘티스 스페셜티즈, 인크.
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-03-14
Also published as: CN106604779A; JP2017527651A; CA2953579C; RU2690462C2; EP3166719A4; CA2953579A1; MX2017000293A; KR102382909B1; RU2017103912A; AU2015288141A1; CN106604779B; BR112017000341B1; AU2015288141B2; WO2016007331A1; RU2017103912A3; BR112017000341A2; EP3166719A1; EP3166719B1

Abstract

필로실리케이트 점토가 [NR1R2R3R4]+의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온으로 교환된 것인 유기점토 조성물이며, 여기서 R1, R2 및 R3 중 적어도 하나는 분지형 알킬 기의 혼합물이다. 유기점토 조성물은 [NRaRbRcRd]+의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온으로 교환된 선행 기술의 유기점토 조성물과 비교하여 상이한 특성을 나타내며, 여기서 Ra, Rb, Rc 및 Rd 중 적어도 하나는 분지형 알킬 기의 혼합물이 아니고, 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 단일 위치에 위치한 분지화 지점을 갖는 단일 분지형 알킬 기, 예컨대 12-메틸 스테아릴이다.

Description

하나 이상의 분지형 알킬 치환기를 갖는 4급 암모늄 이온을 갖는 유기점토 조성물 {ORGANOCLAY COMPOSITIONS HAVING QUATERNARY AMMONIUM ION HAVING ONE OR MORE BRANCHED ALKYL SUBSTITUENTS}

<관련 출원에 대한 상호 참조>

본 출원은 2014년 7월 11일자로 출원된 미국 일반 특허 출원 제14/329,265호; 2014년 7월 11일자로 출원된 미국 일반 특허 출원 제14/329,289호; 및 2014년 7월 11일자로 출원된 미국 일반 특허 출원 제14/329,305호를 우선권 주장하며, 이들 출원 각각은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

<발명의 분야>

본 발명은 필로실리케이트 점토가 하나 이상의 분지형 알킬 치환기를 갖는 4급 암모늄 이온으로 교환된 것인 유기점토 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 코팅 조성물 및 시추 유체 첨가제로서의 이러한 유기점토 조성물의 용도를 제공한다.

유기점토는 페인트 및 코팅, 잉크, 그리스, 유정 시추 유체를 위한 레올로지 개질제로서 이러한 시스템의 점도를 증가시키기 위해 널리 사용되어 왔다. 유기점토는 또한 배리어, 기계적, 대전방지 및 난연성 특성과 같은 다양한 특성을 개선하기 위한 플라스틱 중의 첨가제로서의 용도가 발견되었다. 유기점토는 관련 기술분야에 공지된 다양한 방법으로 유기 양이온, 특히 4급 암모늄 이온과 점토와의 반응에 의해 전형적으로 제조된다. 유기 양이온이 적어도 8 내지 22개의 탄소 원자를 함유한 적어도 하나의 알킬 기를 함유하는 경우에, 이러한 유기점토는 유기 기재 시스템에서 점도 증가 특성을 갖는다. 점도 증가 특성은 4급 암모늄 이온의 치환기를 변경함으로써 개질될 수 있다. 예를 들어, 보고서에서는 4급 암모늄 이온의 알킬 기를 2-히드록시에틸 기, 폴리옥시에틸렌 기 및 에스테르 기로 치환하는 것에 의해 유기점토의 점도 효율이 증가되었다는 것을 기재하고 있다. 그러나, 이전에 기재된 유기점토 조성물은 온도 감소에 따른 페인트 및 코팅, 잉크, 그리스, 유정 시추 유체의 점도 증가와 관련된 문제를 다루고 있지 않다.

미국에서의 유정 시추 작업의 맨 처음과 시추 유체 및 그의 화학적 성질은 과학적 및 화학적 조사에 있어서 중요한 부문이므로 유기점토를 혼입시킨, 시추 유체를 사용해 왔다. 그럼에도 불구하고, 유정 시추 환경의 요구는 폭넓은 온도 범위에 걸쳐 레올로지 조절에서의 개선의 증가를 필요로 한다. 이것은, 예를 들어 오일의 새 공급원에 대한 탐색이 심층수 지역에서 탐사하고 수평 시추 기술을 이용해야 하는 필요성을 더 많이 수반하므로, 특히 현실이 된다.

한 실시양태에서, 본 개시내용은 필로실리케이트 점토; 및 [N-R¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물을 제공하며, 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³ 중 하나 이상은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

한 실시양태에서, 본 개시내용은 시추 유체 첨가제로서 유기점토 조성물을 사용하는 것에 의해 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 오일-기재 시추 유체의 실질적으로 일정한 레올로지 프로파일을 제공하는 방법을 제공한다. 유기점토 조성물은 필로실리케이트 점토; 및 [N-R¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함할 수 있고, 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³ 중 하나 이상은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

한 실시양태에서, 본 개시내용은 (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온 및 (ii) 필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다. 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물의 경우에, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 각각 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물이고 여기서 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다. 한 실시양태에서, 본 개시내용은 시추 유체 첨가제로서 이러한 유기점토 조성물을 사용하는 것에 의해 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 오일-기재 시추 유체의 실질적으로 일정한 레올로지 프로파일을 제공하는 방법을 제공한다.

필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물의 경우에, R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기이다. 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 제3 선형 알킬 기가 아닌 경우에 R⁹ 및 R¹⁰은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다.

제1 실시양태

본 발명은 필로실리케이트 점토가 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온으로 교환된 것인 유기점토 조성물을 제공하며, 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 적어도 하나는 분지형 알킬 기의 혼합물이다. 이러한 유기점토 조성물은 [NR^aR^bR^cR^d]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온으로 교환된 선행 기술의 유기점토 조성물과 비교하여 상이한 특성을 나타낸다는 것이 놀랍게도 밝혀졌고, 여기서 R^a, R^b, R^c 및 R^d 중 적어도 하나는 분지형 알킬 기의 혼합물이 아니고, 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 단일 위치에 위치한 분지화 지점을 갖는 단일 분지형 알킬 기, 예컨대 12-메틸 스테아릴이다.

각각의 실시양태에서, 하기에서 "4차 탄소 원자가 실질적으로 없는"은 4차 탄소 원자가 C¹³ NMR에 의해 검출되지 않는다는 것을 의미할 것이다.

일부 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 각 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상의 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

유기점토 조성물은 50 내지 150 퍼센트의 필로실리케이트 양이온 교환 용량을 충족시키기에 충분한 4급 암모늄 이온을 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 4급 암모늄 이온은 90 내지 140 퍼센트의 필로실리케이트 양이온 교환 용량의 농도로 존재하고 여기서 과잉의 교환 용량에서 4급 이온의 양전하는 무기 음이온 또는 유기 음이온 또는 음이온성 중합체에 의해 균형을 이룬다. 일부 실시양태에서, 4급 암모늄 이온은 95 내지 130 퍼센트의 필로실리케이트 양이온 교환 용량의 농도로 존재하고 여기서 과잉의 교환 용량에서 4급 이온의 양전하는 무기 음이온 또는 유기 음이온 또는 음이온성 중합체에 의해 균형을 이룬다. 유기 음이온의 예는 미국 특허 번호 제5,718,841호에서 발견되며 이 특허는 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

한 실시양태에서, 이 섹션에서 기재된 유기점토 조성물은, 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 오일-기재 시추 유체의 실질적으로 일정한 레올로지 프로파일을 제공하는 방법에서 시추 유체 첨가제로서 사용될 수 있다.

제2 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 필로실리케이트 점토; 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물을 제공하며, 여기서 R¹은 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R² 및 R³은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, R¹ 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

한 실시양태에서, 이 섹션에서 기재된 유기점토 조성물은 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 오일-기재 시추 유체의 실질적으로 일정한 레올로지 프로파일을 제공하는 방법에서 시추 유체 첨가제로서 사용될 수 있다.

제3 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 필로실리케이트 점토; 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물을 제공하며, 여기서 R¹ 및 R²는 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R³은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고, R⁴는 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, R³은 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R³은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, R¹ 및 R²의 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 및 R²의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 및 R²의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, R¹ 및 R²의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, 각각 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, 각각 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, 각각 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제4 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 필로실리케이트 점토; 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물을 제공하며, 여기서 R¹, R² 및 R³은 각각 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 알킬, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 각 분지형 알킬 기는 14 내지 18개의 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁴는 메틸이다.

일부 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, 각각 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제5 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온 및 (ii) 필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다. 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물의 경우에, R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 각각 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물이고 여기서 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기이고; R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물의 경우에, R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기이다. 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 제3 선형 알킬 기가 아닌 경우에 그 때에 R⁹ 및 R¹⁰은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 제3 선형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 각 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 각 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 각 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 각 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제6 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식 (여기서 R¹은 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물임)을 갖는 4급 암모늄 이온 및 (ii) 필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식 (여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기임)을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다. 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 유기점토 조성물의 일부 실시양태에서, R¹의 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다. 일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 1 내지 22개의 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고 R⁴는 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 유기점토 조성물의 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 제3 선형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 R¹ 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제7 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식 (여기서 R¹ 및 R²는 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물임)을 갖는 4급 암모늄 이온 및 (ii) 필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식 (여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기임)을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다. (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물의 일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. R³은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고, R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, R³은 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고; R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R³은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온을 포함하는 유기점토 조성물의 일부 실시양태에서, 제3 선형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 조합으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹ 및 R² 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제8 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 (i) 필로실리케이트 점토 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식 (여기서 R¹, R² 및 R³은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물이고, R⁴는 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 및 그의 혼합물임)을 갖는 4급 암모늄 이온 및 (ii) 필로실리케이트 점토 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식 (여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기이고 R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 및 그의 혼합물로부터 독립적으로 선택됨)을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다.

일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 제3 선형 알킬 기는 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁴는 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이다. 일부 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이고 R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 적어도 0.7의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 7의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 5의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 일부 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 0.7 내지 3의 범위의 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수를 갖는다. 각각 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기는 N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치이다. 이러한 실시양태에서, 메틸 분지는 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%이다.

일부 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기의 선형 백본은 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한다. 다른 실시양태에서, [NR¹R²R³R⁴]⁺의 R¹, R² 및 R³ 분지형 알킬 기의 선형 백본에는 4차 탄소 원자가 실질적으로 없다.

제9 실시양태

한 실시양태에서, 본 개시내용은 필로실리케이트 점토 및 (i) [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식 (여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 각각 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물임) 및 (ii) [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식 (여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 12 내지 18개의 총 탄소 원자 또는 14 내지 18개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기임)을 갖는 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물을 제공한다. 일부 실시양태에서, 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖는다.

(i) [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이다. R⁴는 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 독립적으로 선택된다. 일부 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고; R⁴는 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R² 및 R³ 중 하나 이상은 메틸이고 R⁴는 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R², R³ 및 R⁴는 각각 메틸이다.

[NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 일부 실시양태에서, 여기서 R⁸은 제3 선형 알킬 기이고 R⁹ 및 R¹⁰은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이고, R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 제4 선형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

[NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 일부 실시양태에서, R⁸ 및 R⁹는 제3 선형 알킬 기이고 R¹⁰은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이고, R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 제4 선형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자; 1 내지 6개의 총 탄소 원자 또는 7-11개의 총 탄소 원자를 가질 수 있다. R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

[NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온의 일부 실시양태에서, R⁸, R⁹ 및 R¹⁰은 제3 선형 알킬 기이고 R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된다. R¹¹은 독립적으로 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 메틸이고 R¹¹은 벤질이다. 일부 다른 실시양태에서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 메틸이다.

4급 암모늄 이온의 제조

4급 암모늄 이온은 지방 아민이 알킬화제, 예컨대 메틸 클로라이드, 벤질 클로라이드 등으로 4급화된 경우에 수득된다. 지방 아민은 아민 기당 하나 이상의 알킬 쇄를 함유할 수 있다는 점에 유의한다. 지방 (알킬 장쇄) 아민을 제조하기 위해서 다양한 상업적 방법을 개발해 왔다. 지방 산은 예를 들어 US 5,634,969에 약술된 바와 같이 니트릴 경로를 사용하여 지방 아민으로 용이하게 전환될 수 있다. 지방 아민은 또한, 예를 들어 US 4,683,336 또는 US 4,994,620에 개시된 바와 같이 지방 알콜을 아미노화제와 반응시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 대안적으로, 알킬 장쇄 내부- 및/또는 말단-올레핀은 US 4,024,189 또는 US 7,342,136에 개시된 바와 같이 히드로브로민화 및 아미노화제와의 반응을 통해 지방 아민으로 전환될 수 있다. 상기 올레핀은 더 짧은 올레핀의 올리고머화를 통해 또는 더 큰 파라핀 왁스 유형 분자를 크래킹하는 것에 의해 수득될 수 있다.

지방 알킬 쇄는 다양한 천연 올레오-화학 공급원으로부터 유래될 수 있다. 이러한 공급원을 사용하여 니트릴 또는 알콜 경로를 위한 원료를 공급할 수 있고 이것은 지방 아민을 생성한다. 팜 또는 탈로우 지방 산은 비용 및 이용가능성 때문에 유기점토 제조에 있어서 인기 있는 원료이다. 동물 또는 식물 공급원으로부터 유래한 지방 산의 대부분은 선형이다. 지방 산은 지방 알콜로 전환될 수 있고 이것은 이어서 지방 아민을 제조하는 지방 알콜 경로에 사용된다.

포화 분지쇄 지방 산은 또한 천연 지방 산으로부터 수득될 수 있다. 이소스테아르산은 이량체 산 제조시 부산물이나 수율이 비교적 낮아 이러한 재료를 고가로 만든다. 최근에, 선형 알킬 쇄가 분지형 알킬 쇄로 전환될 수 있도록 천연 공급 원료를 이성질화하는 데에 상당한 진보가 이루어졌다 (US 5,677,473). US 2011/0263884에 기재된 기술은 불포화 선형 지방 산, 예컨대 올레산의 고수율 백본 이성질화 방법을 개시한다. 방법은 고 선택적 및 비용 효율적이다 (Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 12041-12045). 이소스테아르산은 전형적으로 이성질체 혼합물이며 여기서 분지화는 쇄를 따라 여러 위치에서 일어난다. 이소스테아르산은 센추리(Century), 에머졸(Emersol), 에머리(Emery), 옥소콜(Oxocol) 및 프리소린(Prisorine) 상표명 하에 상업적으로 입수가능하다.

천연 가스 또는 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 등을 지방 알킬 쇄로 전환시켜, 예를 들어 지방 알콜과 같은 생성물을 제조하는 석유화학 방법을 개발해 왔다. 파라핀의 크래킹은 또한 히드로포르밀화 방법을 통해 지방 알콜로 전환될 수 있는 장쇄 올레핀을 생성할 수 있다. 석유화학 기재 선형 일차 알콜 및 유도체의 성능은 화학 조성이 본질적으로 동일한 것이기 때문에 많은 적용에서 올레오-기재 알콜 생성물과 비슷할 수 있다. 그러나, 다양한 석유화학 방법은 또한 특정 분지화도를 갖는 쇄를 생성할 수 있다. 지글러(Ziegler), 피셔-트롭쉬(Fisher-Tropsch), 옥소(Oxo) 및 쿼베트(Querbet) 알콜은 모두 다양한 분지형 알킬 쇄를 함유한다. 상업적으로 입수가능한 전형적인 장쇄 석유화학 알콜은 네오돌(NEODOL) (쉘(Shell)), 엑살(EXXAL) (엑손(Exxon)) 및 알폴(ALFOL), 살폴(SAFOL), 마를리팔(MARLIPAL), 이살켐(ISALCHEM), 알켐(ALCHEM) 및 리알(LIAL) (사솔(Sasol)) 알콜이다. 미국 특허 번호 제5,849,960호, 제6,150,322호, 제7,781,390호 및 그 안의 참고문헌에서는 선형뿐만 아니라 분지형 석유화학 알콜의 조성 및 방법을 기재한다. 장쇄 올레핀의 분지형 올레핀으로의 백본 이성질화에 이어서 선택적 히드로포르밀화는 분지형 알콜, 예컨대 네오돌 67을 생성하고, 이것은 고 분지형 알콜이다 (Handbook of Detergents, Part F: Production). 따라서, 알킬 분지화는 알킬 쇄 주위의 임의의 위치에서 일어날 수 있고, 분지화 기는 메틸, 에틸 또는 심지어 더 긴 알킬 기일 수 있다. 알킬 쇄당 분지화의 평균 수는 ¹H 및 ¹³C NMR 분석으로 결정될 수 있고, 한편 알킬 쇄 길이 분포는 GC로 평가될 수 있다. 1을 초과하는 알킬 쇄당 평균 분지화는 일부 알킬 쇄가 알킬 쇄당 1개 초과의 분지를 갖는다는 것을 의미한다.

필로실리케이트 점토

필로실리케이트 점토는 천연 또는 합성 필로실리케이트 점토, 또는 그의 혼합물을 포함하며, 이것은 4급 암모늄 양이온과의 이온 교환 반응을 거쳐 유기점토를 형성한다. 대표적인 천연 필로실리케이트 점토는 스멕타이트, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 버미큘라이트, 및 운모를 포함한다. 스멕타이트-유형 점토의 예는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트, 스티븐사이트, 및 베이델라이트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 팽윤 점토, 예컨대 헥토라이트 및 와이오밍(Wyoming)-유형 벤토나이트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 헥토라이트와 벤토나이트의 혼합물이다. 벤토나이트 및 그의 특성은 문헌 (Carr, D., ed. 1994, Industrial Minerals and Rocks, 6th Edition (published by the Society For Mining, Metallurgy and Exploration, Colorado))에서 "벤토나이트"라는 제목의 장에 상세히 기재되어 있다. 스멕타이트-유형 점토는 관련 기술분야에 널리 공지되어 있고 다양한 공급원으로부터 상업적으로 입수가능하다. 본 발명에 따른 유용한 필로실리케이트 점토는 문헌 ("Hydrous Phyllosilicates, Reviews in Mineralogy, Volume 19, S.W. Bailey, editor")에 상세히 기재되어 있다. 다른 유용한 문헌은 "디벨롭먼츠 인 클레이 사이언스(Developments in Clay Science)"라는 제목의 엘스비어(Elsevier) 북 시리즈, 특히 "핸드북 오브 클레이 사이언스(Handbook of Clay Science)"라는 제목의 5권에서 찾아볼 수 있다.

스멕타이트 점토는 층상, 판상, 친수성 실리케이트 물질이다. 건조 상태에서, 몇몇 나노-크기의 점토 층은 서로의 상단에 통상적으로 적층되며 이들 스택, 또는 택토이드는 입자로 응집된다. 그러나, 건조 점토 분말이 물 중에 분산된 경우에 소판은 서로 자발적으로 분리된다. 이러한 "층들의 층간박리"는 종종 또한 "층들의 박리"로서 지칭된다. 스멕타이트 점토 층은 소판에 순 음전하를 운반하고 이것은 소판의 표면에 배치된 금속 양이온에 의해 중화된다. 금속 양이온이 유기 양이온으로 교환된 경우에 유기점토가 형성된다. 이 반응은 부분적으로 완료되거나 완료로 유도될 수 있다. 점토와 유기 시스템과의 상용성을 개선하기 위해서 유기 표면 처리가 흔히 필요하다. 물 중의 "본래의(pristine)" 무기 점토와 유사하게, 유기점토는 유기 시스템 (용매, 중합체)에서 층간박리될 수 있는데: 즉 이제 유기 양이온으로 장식된 점토 층은 이들이 상기 시스템에서 박리된 경우에 서로 분리된다.

한 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 조질 점토 또는 선광된 점토를 포함할 수 있다. 조질 점토는 맥석 또는 비점토 물질을 함유하고 한편 맥석 물질은 선광된 점토로부터 대부분 제거되었다. 조질 점토를 사용한 한 실시양태에서, 점토 선광 과정 및 나트륨 형태로의 전환을 위한 단계가 없어졌기 때문에 실질적인 비용 절약을 실현할 수 있다.

일부 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 합성 버미큘라이트, 합성 스멕타이트, 합성 헥토라이트, 합성 플루오로헥토라이트 및 합성 운모를 비롯한 합성 필로실리케이트 점토를 포함한다. 유기점토를 기재로 하는 합성 점토의 성능은 천연 발생 점토를 기재로 하는 것과 긍정적으로 또는 부정적으로 상이할 수 있다. 이러한 차이는 그의 화학 조성 및 균일성, 이온 교환 용량, 이온 교환 부위의 위치, 불순물, 표면적, 소판 크기 및 분포, 및 또는 다른 이유 때문일 수 있다. 이러한 점토는 또한, 필요한 경우 임의로 정제될 수 있다.

필로실리케이트 점토의 교환가능한 무기 양이온은 나트륨 또는 또 다른 양이온일 수 있다. 바람직하게 교환가능한 양이온은 나트륨일 것이다. 일부 실시양태에서, 교환가능한 양이온은 나트륨, 마그네슘 및 칼슘의 혼합물일 수 있다. 한 실시양태에서, 나트륨 형태의 스멕타이트 점토를 사용할 수 있다. 나트륨 형태의 한 실시양태를 제조하기 위해서, 벤토나이트 점토는 수성 점토 슬러리를 제조하고 슬러리를 나트륨 형태의 양이온 교환 수지의 층에 통과시키는 것에 의해 나트륨 형태로 전환될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 나트륨 형태의 스멕타이트 점토는 점토를 물 및 가용성 나트륨 화합물, 예컨대 탄산나트륨, 수산화나트륨 등과 혼합하는 것에 의해 제조될 수 있다.

한 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 널리-공지된 아세트산암모늄 방법 또는 등가의 방법에 의해 결정된 바와 같이, 100% 활성 점토 기준으로, 100 그램의 점토당 적어도 45 mMol의 양이온 교환 용량을 갖는 스멕타이트-유형 점토를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 필로실리케이트 점토는 100% 활성 점토 기준으로, 100 그램의 점토당 적어도 75 mMol의 양이온 교환 용량을 갖는 스멕타이트-유형 점토를 포함한다.

점토는 전단 또는 비전단 형태의 상기-열거된 스멕타이트 점토일 수 있다. 한 실시양태에서, 전단 형태의 스멕타이트 점토는 비전단 점토 물질에 비해 개선된 성능을 제공할 수 있다. 엘리멘티스 스페셜티즈, 인크.(Elementis Specialties, Inc.) 및 그의 선행자는 미국 특허 번호 제4,695,402호 및 미국 특허 번호 제4,742,098호에 기재된 바와 같이, 스멕타이트 점토의 전단을 기재하는 특허를 발행하였고, 이들 특허는 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

본원에 기재된 유기점토는 다양한 적용에서 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유기점토는 레올로지 개질제, 침강 방지제, 새그 조절 첨가제로서 또는 흡착제 또는 흡수제로서 사용될 수 있고, 여기서 유기점토는 갤러리 내에서 다른 이온쌍을 호스트할 것이다. 일부 실시양태에서, 유기점토는 그리스, 접착제, 실런트, 잉크, 소비자 제품, 예컨대 립스틱, 탈취제, 네일 폴리시 등에서 첨가제로서 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 기재된 유기점토는 코팅 시스템에서 사용될 수 있으며 여기서 유기점토는 유기 또는 용매-기재, 즉 비수성 유체 중에 분산가능하여 매우 다양한 레올로지 및 점도-개질제 특성을 이러한 유체에 제공한다. 이러한 비수성 유체는 오일-기재 페인트 및 코팅뿐만 아니라 오일-기재 잉크, 시추 유체, 코크 및 접착제를 포함한다.

유기점토 조성물을 함유한 코팅 조성물

한 실시양태에서, 본원에 기재된 유기점토 조성물을 사용하여 다양한 유기 및 용매-기재 조성물을 증점화할 수 있다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 유기점토 조성물은 비수성 중합체 용액, 예컨대, 예를 들어 미네랄 스피릿 중의 알키드의 용액, 비수성 매질 중의 중합체의 분산액 (비수성 분산액으로 불림)을 비롯한 비수성 용매에서 유용하고, 비수성 페인트, 페인트 스트리퍼, 접착제, 잉크, 실런트, 매스틱, 코크, 안료 분산액, 및 안료 날염 페이스트는 이 발명에 의해 유리하게 구체화, 점성화, 또는 증점화될 수 있다. 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 유기점토 조성물은, 예를 들어 지방족 및 방향족 용매-기재 조성물을 증점화하는 데에 특히 유용하고, 또한 극성 (케톤, 알콜, 에스테르) 기재 조성물에 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 본 발명에 따른 유기점토 조성물은, 예를 들어 지방족 알키드 페인트, 예컨대 "업계 판매" 페인트, 바니시, 에폭시-기재 페인트, 폴리에스테르, 개질된 알키드 기재 페인트 및 알키드, 폴리에스테르 및 아크릴 베이크 에나멜, 예컨대 표준 품질 산업 페인트, 특정 실런트 및 열경화 시스템, 예컨대 불포화 폴리에스테르 수지 배합물을 비롯한 예시적 유기 조성물에 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 본 발명에 따른 유기점토 조성물은, 예를 들어 방향족 고 고형분 베이크 에나멜에 사용될 수 있으며, 이것은 기기 에나멜, 및 장비 에나멜을 비롯한 알키드/멜라민, 아크릴/멜라민, 및 폴리에스테르/멜라민 시스템을 기재로 하는 시스템을 포함한다. 추가로, 유기점토 조성물은 알키드 및 개질된 알키드 배합물을 기재로 하는 고 고형분 기건 에나멜에 사용될 수 있다.

지방족 및 방향족 용매-기재 시스템에 더하여, 본 발명의 유기점토 조성물은 또한 석유-기재 및 식물유-기재 시스템에 사용될 수 있다. 예시적 식물유는 대두유, 유채씨유, 카놀라유, 팜유, 미강유 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 한 실시양태에서, 본 발명의 유기점토 조성물은 유기 조성물로 분산되어 개선된 점도 특징을 제공할 수 있다.

구체적인 예에서 사용된 유기점토 조성물의 양은 증점화되는 유기 용매-기재 조성물의 유형, 및 목적하는 증점화의 수준을 비롯한 수많은 요인에 의해 결정된다. 중량 기준으로, 유기점토 조성물의 양은 일반적으로는 페인트 시스템의 약 0.1 내지 약 1 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.7 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.5 중량%이다. 본 발명의 유기점토 조성물은 또한 다른 레올로지 첨가제와의 조합으로 사용될 수 있다.

유기점토 조성물을 함유한 중합체 수지

본원에 기재된 유기점토 조성물은 다양한 중합체 수지와 조합하여 복합 조성물을 형성할 수 있다.

일부 실시양태에서, 중합체 수지는 열가소성 수지이다. 이러한 실시양태에서, 열가소성 수지는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리아미드, 플루오로중합체, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리락톤, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리페닐렌 술피드, 폴리스티렌, 방향족 폴리케톤, 또는 그의 조합을 포함한다.

일부 실시양태에서, 중합체 수지는 열경화성 수지이다. 이러한 실시양태에서, 열경화성 수지는 에폭시 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 1-액형 및 2-액형 우레탄 수지, 시아네이트 수지, 페놀계 수지, 아미노플라스트 수지, 및 그의 조합을 포함한다.

일부 실시양태에서, 중합체 수지는 엘라스토머 중합체 수지이다. 이러한 실시양태에서, 엘라스토머 수지는 폴리부타디엔, 폴리이소부틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체, 폴리클로로프렌, 폴리(2,3-디메틸부타디엔), 폴리(부타디엔-코-펜타디엔), 클로로술폰화 폴리에틸렌, 폴리술피드 엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 폴리(부타디엔-코-니트릴), 수소화 니트릴-부타디엔 공중합체, 아크릴 엘라스토머, 에틸렌-아크릴레이트 공중합체를 포함한다.

일부 실시양태에서, 유기점토는 중합체 유기점토 복합체의 총 중량을 기준으로 총 1 중량% 이상, 더 많이는 10 중량% 이상, 30 중량% 이상의 중합체 유기점토 복합체를 차지한다. 일부 실시양태에서, 유기점토는 중합체 유기점토 복합체의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%, 0.5 중량% 내지 7 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량%의 중합체 유기점토 복합체를 차지한다.

시추 유체 첨가제로서의 용도

일부 이러한 실시양태에서, 본 발명에 따른 조성물은 오일- 또는 합성-기재 시추 유체에의 첨가제로서 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본 발명에 따른 조성물은 다양한 시추 적용에서 사용되는 오일- 또는 합성-기재 역유화 시추 유체를 위한 첨가제로서 사용될 수 있다.

용어 오일- 또는 합성-기재 시추 유체는 시추 유체로서 정의되며, 여기서 연속 상은 탄화수소를 기재로 한다. 5% 이상의 물 또는 염수와 배합된 오일- 또는 합성-기재 시추 유체는 오일- 또는 합성-기재 역유화 시추 유체로서 분류될 수 있다. 일부 실시양태에서, 오일- 또는 합성-기재 역유화 시추 유체는 불연속 상으로서 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% 또는 50% 이하의 임의의 비율로 물 또는 염수를 함유할 수 있다. 오일 머드는 외부 상으로서 합성, 정제된 또는 천연 탄화수소 베이스를 사용하는 역유화 시추 유체뿐만 아니라 모든 오일 기재 시추 유체를 포함할 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 역유화 시추 유체 (오일 머드)의 제조 방법은 혼합 장치를 사용하여 그 유체를 구성하는 개별 성분을 혼입시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 일차 및 이차 유화제 및/또는 습윤제 (계면활성제 믹스)를 중간 교반하에 기유 (연속 상)에 첨가한다. 수상, 전형적으로는 염수를 알칼리도 조절제 및 산 가스 제거제와 함께 기유/계면활성제 믹스에 첨가할 수 있다. 일부 실시양태에서, 레올로지 첨가제뿐만 아니라 유체 손실 조절 물질, 증량제 및 부식 억제 화학물질을 또한 포함시킬 수 있다. 이어서 교반을 계속하여 각 구성성분의 분산을 보장하고 형성된 유동화 혼합물을 균질화할 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 기유/연속 상은 디젤유, 광유, 합성유, 식물유, 어유, 파라핀계, 및/또는 에스테르-기재 오일로부터 선택될 수 있고 이것은 모두 단일 성분으로서 또는 블렌드로서 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 염수 형태의 물은 종종 시추 유체의 내부 상을 형성하는 데에 사용된다. 일부 실시양태에 따르면, 물은 약 10 내지 350,000 백만분율(parts-per-million)의 금속 염, 예컨대 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 세슘, 또는 칼슘 염을 함유할 수 있는 수용액으로서 정의될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본 발명에 따라 시추 유체의 내부 상을 형성하는데 사용된 염수는 약 5 중량% 내지 약 35 중량%의 염화칼슘을 또한 함유할 수 있고 다양한 양의 다른 용해된 염, 예컨대 중탄산나트륨, 황산나트륨, 아세트산나트륨, 붕산나트륨, 염화칼륨, 염화나트륨 또는 포름산염 (예컨대 나트륨, 칼슘, 또는 세슘)을 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 염수 대신 또는 염수에 더하여 글리콜 또는 글리세린을 사용할 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명에 따른 에멀젼 중 물 (염수) 대 오일의 비는 안정적인 에멀젼을 계속 유지하면서 가능한 높은 염수 함량을 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적합한 오일/염수 비는 약 97:3 내지 약 50:50의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 적합한 오일/염수 비는 약 90:10 내지 약 60:40, 또는 약 80:20 내지 약 70:30의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 바람직한 오일/염수 비는 특정 오일 및 머드 중량에 좌우될 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 본 발명의 교시내용에 따라 제조된 시추 유체의 물 함량은 약 0 내지 50 부피 퍼센트의 수성 (물) 함량을 가질 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 보다 안정적인 에멀젼을 형성하기 위해서 유화제를 시추 유체에 또한 첨가할 수 있다. 유화제는 3 내지 20개의 탄소 원자를 함유한 모노카르복실 알칸, 알켄, 또는 알킨 지방 산, 및 그의 혼합물을 포함하나 이에 제한되지 않는 유기 산을 포함할 수 있다. 이러한 그룹의 산의 예는 스테아르산, 올레산, 카프로산, 카프르산 및 부티르산을 포함한다. 일부 실시양태에서, 아디프산, 수많은 지방족 디카르복실산을 또한 사용할 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 적합한 계면활성제 또는 유화제는 지방 산 칼슘 염 및 레시틴을 포함한다. 다른 실시양태에서, 적합한 계면활성제 또는 유화제는 산화된 톨유, 폴리아민화 지방 산, 및 지방 산의 부분 아미드를 포함한다.

일부 실시양태에서, 헤테로시클릭 첨가제, 예컨대 이미다졸린 화합물을 시추 머드 중의 유화제 및/또는 습윤제로서 사용할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 알킬 피리딘이 시추 머드 중의 유화제 및/또는 습윤제로서 사용될 수 있다.

유화제로서 사용하기 위한 산업적으로 수득가능한 아민 화합물은 올레핀계 불포화 탄화수소 화합물의 에폭시화와 에폭시드 기에의 첨가에 의한 N 관능기의 후속적 도입에 의해 유도될 수 있다. 이와 관련하여 에폭시화된 중간체 성분을 1급 또는 2급 아민과 반응시켜 상응하는 알칸올아민을 형성하는 것이 중요할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상응하는 알킬렌디아민 유형의 폴리아민, 특히 저급 폴리아민은 에폭시드 개환에 또한 적합하다.

유화제로서 적합할 수 있는 또 다른 부류의 친유성 아민 화합물은 바람직하게는 장쇄 카르복실산 및 상기-언급한 유형의 다관능성, 특히 저급 아민으로부터 유래된 아미노아미드이다. 일부 실시양태에서, 아미노 관능기 중 적어도 하나는 아미드 형태로 결합되지 않고, 잠재적인 염-형성 염기성 아미노 기로서 온전히 남아 있다. 염기성 아미노 기는, 이들이 2급 또는 3급 아미노 기로서 형성되는 경우, 분자의 친유성 부분에 더하여 히드록시알킬 치환기, 및 특히 5개 이하 및 일부 실시양태에서는 3개 이하의 탄소 원자를 함유한 저급 히드록시알킬 치환기를 함유할 수 있다.

일부 실시양태에 따르면, 장쇄 친유성 분자 구성성분을 함유한 이러한 부가물의 제조에 적합한 N-염기성 출발 성분은 모노에탄올아민 또는 디에탄올아민을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.

일부 실시양태에서, 증량 물질을 또한 사용하여 시추 유체 첨가제를 목적하는 밀도로 증량시킨다. 일부 실시양태에서, 시추 유체는 약 8 내지 약 18 파운드/갤런 이상의 밀도로 증량된다. 적합한 증량 물질은 중정석, 티탄철광, 탄산칼슘, 산화철 및 황화납을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 상업적으로 입수가능한 중정석이 증량 물질로서 사용된다.

일부 실시양태에서, 유체 손실 조절 물질을 시추 유체에 첨가하여 시추 유체의 누수가 형성되는 것을 조절한다. 일부 실시양태에서, 유체 손실 조절 물질은 리그나이트-기재 또는 아스팔트-기재이다. 적합한 여과액 환원제는 아민 처리된 리그나이트, 길소나이트 및/또는 엘라스토머, 예컨대 스티렌 부타디엔을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 시추 유체는 유체의 배럴당 약 0.1 파운드 내지 약 15 파운드의 시추 유체 첨가제를 함유할 수 있다. 다른 실시양태에서, 시추 유체는 유체의 배럴당 약 0.1 파운드 내지 약 10 파운드의 시추 유체 첨가제를 함유할 수 있고, 또 다른 실시양태에서, 시추 유체는 유체의 배럴당 약 0.1 파운드 내지 약 5 파운드의 시추 유체 첨가제를 함유할 수 있다.

상기 나타낸 바와 같이, 통상의 기술자는 추가적인 첨가제, 예컨대 증량제, 유화제, 습윤제, 점성화제, 유체 손실 조절제, 및 다른 제제가 본 발명에 따른 조성물과 함께 사용될 수 있다는 것을 용이하게 알 것이다. 점도 및 침강-방지 특성을 조정하는 레올로지 첨가제 이외의 많은 다른 첨가제가 또한 시추 유체에 사용되어 목적하는 적용 특성을 얻을 수 있으며, 예컨대, 예를 들어 침강-방지제 및 유체 손실-방지 첨가제가 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 기재된 유기점토 조성물의 다양한 실시양태는 시추 유체 첨가제로서 사용되며 이것은 약 0.1 ppb 내지 약 30 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 다른 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 0.25 ppb 내지 약 15.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 다른 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 0.5 ppb 내지 약 10.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 2.5 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 5.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 10.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 15.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 시추 유체 첨가제는 약 20.0 ppb의 양으로 시추 유체에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 공지된 시추 유체 첨가제와 비슷한 레올로지 안정성 결과를 달성하는 데에 본 발명의 시추 유체 첨가제는 보다 적은 양이 필요하다.

시추 유체 첨가제 및 시추 유체는 몇몇 레올로지 또는 유압 측면, 즉, 시추 유체의 ECD, 고 전단 속도 점도, 저 전단 속도 점도, 소성 점도, 특성 조절 점도 및 항복점에 의해 특징지어질 수 있다. 레올로지 측면은 문헌 (API RP13B-2 "Standard Procedures for Field Testing Oil-based Drilling Fluids")에 알려진 표준 절차에 따라 판(Fann) 점도계를 사용하여 결정될 수 있다. 점도 판독은 600 rpm, 300 rpm, 200 rpm, 100 rpm, 6 rpm 및 3 rpm에서 측정될 수 있다. ECD는 문헌 (API RP13D "Rheology and Hydraulics of Oil-well Drilling Fluids")에 알려진 표준 유압식 계산에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해 고 전단 속도 점도 ("HSR")는 API RP13B-2 절차에 따라 600 rpm에서 측정된 점도에 상응한다. 본 발명의 목적을 위해, 저 전단 속도 점도 ("LSR")는 API RP 13B-2 절차에 따라 6 rpm에서 측정된 점도에 상응한다. 소성 점도 ("PV")는 600 rpm 판독치에서 300 rpm 판독치를 뺀 것에 상응한다. 항복점 ("YP")은 300 rpm 판독치에서 소성 점도를 뺀 것에 상응한다.

일부 실시양태에서, 시추 유체에의 시추 유체 첨가제의 첨가는, 온도가 약 120℉ 내지 약 40℉의 범위에 걸쳐 달라지는 동안에 실질적으로 일정한 ECD를 초래한다. 본 발명의 목적을 위해, 실질적으로 일정한 ECD는 이러한 온도 변화 동안의 ECD에서의 감소 또는 증가를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, ECD에서의 증가는: 0.5% 이하; 1% 이하; 2% 이하, 3% 이하, 4% 이하; 5% 이하; 10% 이하; 20% 이하; 30% 이하; 및 40% 이하를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, ECD에서의 감소는: 0.5% 이하; 1% 이하; 2% 이하, 3% 이하, 4% 이하; 5% 이하; 10% 이하; 20% 이하; 30% 이하; 및 40% 이하를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, ECD에서의 증가는 1% 내지 10% 이하의 범위일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, ECD에서의 증가는 1% 내지 5% 이하의 범위일 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명에 따른 시추 유체는 충분한 통상적인 유기점토와 배합된 통상적인 머드보다 낮은 40℉에서의 점도를 가져 하부 홀 온도에서 현탁을 제공할 수 있다. 시추 작업에 사용된 경우에, 본 발명에 따른 시추 유체는 장거리를 통해 시추 머드를 펌핑하는 데에 보다 낮은 펌프 동력의 사용을 허용하여, 이로써 다운-홀(down-hole) 압력을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 일부 실시양태에서는, 전체 머드 손실, 형성의 파괴 및 손상이 모두 최소화된다. 일부 실시양태에서, 본 발명에 따른 시추 유체는 더 높은 온도에서 더 높은 수준의 통상적인 유기점토에 전형적인 현탁 특징을 유지할 수 있다. 이러한 현탁 특징은 머드가 처지는 경향을 줄일 수 있다. 새그는 증량 물질의 이동을 포함하여, 더 낮은 유체 분율에서 더 높은 밀도를 초래하고 더 높은 유체 분율에서 더 낮은 밀도를 초래할 수 있다. 새그의 감소는 심층수 시추뿐만 아니라 통상적인 (비심층수) 시추 모두에 유용할 수 있다. 머드가 라이저에서 냉각되는 경우에 본 발명은 심층수 시추에 특히 유용할 수 있다. 본 발명에 따라 시추 유체 첨가제를 사용하는 머드는 통상적인 레올로지 첨가제를 함유한 시추 유체와 비교했을 때 라이저에서 감소된 점도 증가를 유지할 것이다.

시추 유체 제제는 바람직하게는 유체의 배럴당 1/4 내지 20 파운드의 본 발명의 혼합물을 함유하고, 보다 바람직한 농도는 1/4 내지 10 파운드/배럴, 가장 바람직하게는 1/4 내지 5 파운드/배럴이다.

상기 나타낸 바와 같이, 통상의 기술자는 부가적인 첨가제: 증량제, 유화제, 습윤제, 점성화제, 유체 손실 조절제, 및 다른 제제가 본 발명과 함께 사용될 수 있다는 것을 용이하게 알 것이다. 점도 및 침강-방지 특성을 조절하고, 다른 특성을 제공하는, 레올로지 첨가제 이외의 많은 다른 첨가제가 또한 유체에 사용되어 목적하는 적용 특성을 얻을 수 있으며, 예컨대, 예를 들어 침강-방지제 및 유체 손실-방지 첨가제가 있다.

본 발명의 시추 유체는 일반적으로 충분한 통상적인 유기점토와 배합된 통상적인 머드보다 낮은 40℉에서의 고 전단 속도 점도를 가져 하부 홀 온도에서 현탁을 제공한다. 시추 작업에 사용된 경우에, 본 시추 유체는 장거리를 통해 시추 머드를 펌핑하는 데에 보다 낮은 펌프 동력의 사용을 허용하여, 이로써 다운-홀 압력을 감소시킨다. 결과적으로, 유체 손실, 형성의 파괴 및 손상이 모두 최소화된다. 머드가 라이저에서 냉각되는 경우에 본 발명은 심층수 시추에 특히 유용하다. 기재된 본 발명을 사용한 머드는 통상적인 레올로지 첨가제를 함유한 시추 유체와 비교했을 때 라이저에서 감소된 점도 증가를 유지할 것이다. 한 가지 장점은 안정적인 레올로지 프로파일이며 이것은 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 동등한 순환 밀도에 상응한다.

본 출원의 목적에 있어서, 용어 "약"은 ± 10%를 의미한다.

실시예

하기 실시예는 본 발명의 범주 내에서 예시적 실시양태를 추가로 설명하고 보여준다. 실시예는 오직 예시를 위해 주어진 것이고, 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않으면서 많은 변형이 가능하므로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

분지형 알킬 기를 갖는 4급 암모늄 화합물은 임의의 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 분지형 4급 암모늄 화합물을 제조하는 비제한적 합성 실시예는 분지형 알킬 공급원으로서 분지형 알콜 또는 분지형 알킬 공급원으로서 분지형 지방 산을 출발물로 하여 하기에 제공된다.

실시예 1

A. 벤질 디메틸 (분지형 알킬) 4급 암모늄 클로라이드의 합성

단계 1: (분지형 알킬) 알콜로부터 (분지형 알킬) 브로마이드의 합성.

기계적 교반기, 온도계, 및 적하 깔대기가 장착된, 1L, 3-구 플라스크에 113 g의 네오돌 67 알콜을 넣었다. 플라스크를 빙욕조에 침지시켜 알콜을 0℃로 냉각시키고, 0℃에서 온도를 유지하는 그러한 정도의 속도로 (약 2 시간) 교반하면서 55 g의 삼브로민화인을 서서히 첨가하였다. 냉각 욕조를 제거하고, 혼합물이 실온에 도달할 때까지 교반을 계속하였고; 이어서 밤새 정치시켰다.

플라스크에 200 ㎖ 디에틸 에테르 및 200 ㎖ 탈이온수를 첨가하였다. 빙욕조 냉각하에 5% 수산화칼륨을 사용하여 혼합물의 pH를 중성으로 조정하였다. 후속적으로 용액을 분별 깔대기에 옮기고, 하부 층을 따라 내고 상부 층을 염수 용액으로 3회 세척하였다. 이어서 상부 층을 수집하고 여과하여 백색 침전물을 제거하였고; 이에 따라 약 105 g의 분지형 알킬 브로마이드가 디에틸 에테르를 회전-증발에 의해 제거한 후에 수집되었다.

네오돌 67 (쉘)은 대부분 C₁₆ 및 C₁₇ 분지형 일차 알콜의 혼합물이며 분지형 올레핀의 선택적 히드로포르밀화를 통해 제조되고, 이것은 에틸렌으로부터 유래된 것이다. 네오돌 67의 탄화수소 백본은 선형이고 백본에 직접 결합된 1개 이상의 메틸 분지화 기를 갖는다. 이들 메틸 분지는 백본을 따라 분포된다.

단계 2: 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민의 합성

총 30.7 g의 분지형 알킬 브로마이드 (단계 1로부터)를 147 ㎖의 디메틸아민 에탄올계 용액에 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 24 h 동안 교반한 후, 수산화나트륨의 10% 수용액을 첨가하고 혼합물을 디에틸 에테르로 3회 추출하였다. 유기 층을 세척하고, 건조시킨 후 농축시켰다.

단계 3: 벤질 디메틸 (분지형 알킬) 4급 암모늄 클로라이드의 합성

환류 응축기, 열전대 및 2개 유리 마개를 구비한 4-구, 250 ㎖ 둥근-바닥 플라스크에 20 g의 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민 (단계 2로부터), 5.8 g의 벤질 클로라이드 및 대략 100 ㎖ 이소프로필 알콜을 충전시켰다. 그 다음에, 교반하면서 3.5 g의 중탄산나트륨을 혼합물에 첨가하고 플라스크를 75℃에서 48시간 동안 유지시켰다. 이어서 여과지를 구비한 뷰흐너(Buechner) 깔대기 위에서 반응 혼합물을 고온 여과하여 고체 중탄산나트륨을 제거하였다. 회전-증발에 의해 에탄올을 제거하고, 잔류물을 100 ㎖의 디에틸 에테르에 용해시키고 100 ㎖ 탈이온수로 3회 추출하고, 이어서 모든 수성 추출액을 합하고 회전-증발에 의해 물을 제거하였다.

B. 유기점토 제조

와이오밍으로부터의 나트륨 벤토나이트 점토 광석을 약 5 중량% 점토 고형물로 물에 분산시켰다. 조질 점토 슬러리를 주위 온도에서 밤새 혼합하고, 이어서 원심분리하여 선광된 점토 슬러리를 수득하였다. 선광 과정 동안에 대략 30 중량%의 조질 벤토나이트 점토가 버려졌고, 만톤 가울린(Manton Gaulin) 균질기로 전단시키기 전에 얻어진 정제된 점토 슬러리를 나트륨 형태로 이온 교환시켰다. 선광되고 전단된 점토는 메틸렌 블루 방법에 의해 결정된 바와 같이 100 그램 점토당 약 102 밀리당량 (meq.)의 양이온 교환 용량을 가졌다. 점토 슬러리를 물로 희석시켜 반응시 2% 점토 고형물을 수득하였고, 이어서 65℃로 가열한 후에 100 그램의 점토당 (건조 기준) 특정 양이온 교환 당량의 벤질 디메틸 (분지형 알킬) 4급 암모늄 클로라이드와 반응시켰다. 반응 후에, 유기점토를 여과하고, 45℃로 설정된 강제 통풍 오븐에서 건조시키고 미세 분말로 분쇄하였다. 샘플은 3383-11-2로 라벨링하였다.

실시예 2

A. 디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드의 합성

출발 물질로서 분지형 석유화학 알콜을 사용하여, 실시예 1A의 단계 1 및 2에 기재된 바와 같이 (분지형 알킬) 브로마이드 및 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민을 제조하였다.

환류 응축기, 열전대 및 2개 유리 마개를 구비한 4-구, 250 ㎖ 둥근-바닥 플라스크에 25 g의 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민, 15.2 g의 (분지형 알킬) 브로마이드 및 약 100 ㎖ 이소프로필 알콜을 충전시켰다. 그 다음에, 교반하에 4.4 g의 중탄산나트륨을 혼합물에 첨가하고 아민 값이 1 미만이 될 때까지 플라스크를 75℃에서 120시간 이상 동안 유지시켰다. 이어서 여과지를 구비한 뷰흐너 깔대기 위에서 반응 혼합물을 고온 여과하여 고체 중탄산나트륨을 제거하였다. 회전-증발에 의해 이소프로필 알콜을 제거하였다. ¹H NMR로 최종 생성물의 순도를 확인하였다.

B. 유기점토 제조

4급 암모늄 화합물로서 디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드를 사용하여 실시예 1B의 절차에 따라 유기점토를 제조하였다. 유기점토 샘플은 3279-36-1로 라벨링하였다.

실시예 3

A. 디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드의 합성

디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드 화합물을 실시예 1A에 기재된 바와 같이 제조하였고 여기서 분지형 알킬 기는 분지형 지방 산 화합물로부터 유래된 것이었다.

단계 1: 실시예 1, 단계 A1에 기재된 것과 같은 유사한 방식으로 분지형 알킬 브로마이드의 합성에 프리소렌(Prisorene) 3515 (크로다(Croda)) 이소스테아릴 알콜을 사용하였다. 프리소렌 3515는 완전히 수소화된 알콜이고 이소스테아르산으로부터 유래된 것이고, 이것은 식물유 또는 동물성 지방으로부터 유래된 분지쇄 지방 산이다. 이소스테아르산은 단일 분자가 아니고, 풍부한 이성질체 혼합물이며 여기서 분지화는 알킬 쇄를 따라 상이한 위치에서 일어난다. 분지화는 짧고, 대부분 메틸렌계이며 다중 분지화가 또한 소량으로 일어난다.

단계 2: 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민의 합성

이소스테아릴 알콜로부터 유래된, 분지형 알킬 브로마이드를 디메틸아민 에탄올계 용액과 혼합하였다. 혼합물을 실온에서 24 h 동안 교반하고, 이어서 수산화나트륨의 10% 수용액을 첨가하고 혼합물을 디에틸 에테르로 3회 추출하였다. 유기 층을 세척하고, 건조시킨 후 농축시켰다.

단계 3: 디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드의 합성

이소스테아릴 알콜로부터 각각 유래된 분지형 알킬 브로마이드 및 디메틸 (분지형 알킬) 3급 아민을 사용하여 실시예 2의 절차를 수행하였다.

B. 유기점토 제조.

분지형 알킬 기가 이소스테아릴 알콜로부터 수득된 것인, 양이온 교환 당량의 디메틸 디(분지형 알킬) 4급 암모늄 브로마이드 화합물을 사용하여, 실시예 1B에 따라 유기점토를 제조하였다. 샘플은 3279-22-2로 라벨링하였다.

비교 실시예 1

실시예 1B의 절차 이후에, 상업적으로 입수가능한 벤질 디메틸 수소화 탈로우 4급 암모늄 클로라이드를 사용하여 대조군 유기점토를 제조하였고 이 샘플은 3383-11-1로서 라벨링하였다.

비교 실시예 2

실시예 1B의 절차 이후에, 상업적으로 입수가능한 디메틸 이수소화 탈로우 암모늄 클로라이드를 사용하여 대조군 유기점토를 제조하였고 이 샘플은 3279-22-1로 라벨링하였다.

비교 실시예 3

각각 그 전문이 본원에 참고로 포함된 미국 특허 번호 제7,345,010호 및 제7,799,742호에 기재된 바와 같이 폴리아미드를 제조하였다.

분지형 알킬 조성물의 시험

기유로서 합성 IAO를 함유하는 배합물 1에 기초한 평가를 위해 머드 조성물을 제조하였고 75:25의 오일:물 비로 13 ppg로 증량시켰다.

표 1

배합물 1

머드 조성물은 롤러 오븐을 사용하여 150℉에서 16시간 동안 동적 노화시켰고, 이어서 40℉에서 16시간 동안 정적 노화시켰고, 이어서 롤러 오븐을 사용하여 250℉, 300℉, 및 350℉에서 16시간 동안 동적 노화시켰다. 한 시간 동안 머드를 물 냉각시킨 후에, 이들을 해밀턴 비치 멀티믹서(Hamilton beach MultiMixer)에서 10분간 혼합하였다. 머드의 점도 측정은 처음에는 120℉에서 판 OFI-900을 사용하여 그리고 각 열 사이클 후에는 시험 절차 API RP 13B를 사용하여 측정되었다. 40℉ 정적 노화 동안에, 시험은 40℉에서 이루어졌다.

실시예 4

유기점토 3279-36-1 (실시예 2)은, 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 2에 나타나 있다.

표 2

실시예 5

유기점토 3279-36-1 (실시예 2)은, 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 3에 나타나 있다.

표 3

실시예 6

유기점토 3279-36-1 (실시예 2)은, 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 4에 나타나 있다.

표 4

실시예 7

유기점토 3279-36-1 (실시예 2), 및 비교 실시예 3인 폴리아미드는, 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 5에 나타나 있다.

표 5

실시예 8

유기점토 3279-22-1 (비교 실시예 2)은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 6에 나타나 있다.

표 6

실시예 9

유기점토 3279-22-1 (비교 실시예 2)은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 7에 나타나 있다.

표 7

실시예 10

유기점토 3279-22-1 (비교 실시예 2)은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 8에 나타나 있다.

표 8

조제 1에서 제조된 다양한 조성물에 대한 레올로지 특성의 요약은 표 9에 나타나 있다.

표 9

실시예 11

비교 실시예 2와 비교 실시예 3의 혼합물은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 10에 나타나 있다.

표 10

실시예 12

비교 실시예 2와 비교 실시예 3의 혼합물은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 11에 나타나 있다.

표 11

실시예 13

비교 실시예 2와 비교 실시예 3의 혼합물은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 12에 나타나 있다.

표 12

실시예 14

비교 실시예 2와 비교 실시예 3의 혼합물은 배합물 1을 사용하여 제조하였고 상기 논의된 바와 같이 시험하였다. 레올로지 프로파일은 하기 표 13에 나타나 있다.

표 13

실시예 15

100% 고체 에폭시 코팅의 점도에 미치는 온도의 영향을 조사하였다. 표 14의 배합물을 제조하였다.

표 14

파트 A 시스템의 점도를 72℉ 및 40℉에서 측정하였다. 이어서 파트 A+파트 B 에폭시 코팅의 새그를 측정하였다. 결과는 표 15에 나타나 있다.

표 15

표 20에서의 데이터는 파트 A 시스템의 경우, 실시예 1의 본 발명의 유기점토 및 비교 실시예 1의 유기점토의 첨가가 유기점토의 부재하의 파트 A 및 파트 A+B에 비해 증가된 점도 및 파트 A+B 시스템의 경우 보다 두꺼운 코팅을 초래한다는 것을 입증한다. 72℉ 대 40℉에서의 파트 A 시스템의 비교는 본 발명의 유기점토, 실시예 1이 점도를 증가시키지만 유리하게 비교 실시예 1의 유기점토만큼의 정도는 아니라는 것을 보여준다.

본 개시내용은 본 발명의 취지 또는 본질적인 속성으로부터 벗어나지 않으면서 다른 구체적 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범주를 나타내는 것으로서, 상기 명세서보다는 첨부된 청구범위를 참조해야 한다. 상기 기재가 본 개시내용의 바람직한 실시양태에 관한 것이지만, 다른 변경 및 변형이 통상의 기술자에게 명백할 것이고, 본 개시내용의 취지 또는 범주로부터 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다는 점에 유의한다.

Claims

필로실리케이트 점토; 및
[N-R¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 갖는 4급 암모늄 이온
을 포함하는 유기점토 조성물이며, 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 각 분지형 알킬 기는 12 내지 22개의 총 탄소 원자, 선형 백본 및 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 분지화 알킬 기를 갖고, 여기서 상기 분지화 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포되고; R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³은 1 내지 22개의 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고, R⁴는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인
유기점토 조성물.
제1항에 있어서, R¹이 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제1항에 있어서, R¹ 및 R²가 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제1항에 있어서, R¹, R² 및 R³이 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 선형 알킬 기인 조성물.
제5항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 선형 알킬 기인 조성물.
제5항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 선형 알킬 기인 조성물.
제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, R⁴가 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 것인 조성물.
제8항에 있어서, R², R³ 및 R⁴ 중 하나가 메틸인 조성물.
제8항에 있어서, R² 및 R³이 메틸이고 R⁴가 벤질인 조성물.
제9항 또는 제10항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 적어도 0.7인 조성물.
제11항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 0.7 내지 7의 범위인 조성물.
제12항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가, N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치인 조성물.
제13항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 12 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제14항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 14 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제14항에 있어서, 선형 백본이 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한 것인 조성물.
제14항에 있어서, 선형 백본에 4차 탄소 원자가 실질적으로 없는 것인 조성물.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 메틸 분지가 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%인 조성물.
제18항에 있어서, 필로실리케이트 점토가 스멕타이트 점토를 포함하는 것인 조성물.
제19항에 있어서, 상기 스멕타이트 점토가 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트, 스티븐사이트 및 베이델라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
제19항에 있어서, 상기 스멕타이트 점토가 벤토나이트, 헥토라이트, 및 그의 혼합물로부터 선택된 것인 조성물.
제20항 또는 제21항에 있어서, 50 내지 150 퍼센트의 필로실리케이트 양이온 교환 용량을 충족시키기에 충분한 4급 암모늄 이온을 갖는 조성물.
(i) 필로실리케이트 점토, 및 [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 가지며 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 각각 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 여기서 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖고; R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고, R⁴는 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 4급 암모늄 이온 및
(ii) 필로실리케이트 점토, 및 [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 가지며 여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기이고, 여기서 R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 제3 선형 알킬 기가 아닌 경우에, R⁹ 및 R¹⁰은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이고, R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된 것인 4급 암모늄 이온
의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물.
제23항에 있어서, R¹이 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제23항에 있어서, R¹ 및 R²가 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제23항에 있어서, R¹, R² 및 R³이 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제23항 또는 제24항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제27항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제27항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제23항 내지 제26항, 제28항 및 제29항 중 어느 한 항에 있어서, R⁴가 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 것인 조성물.
제30항에 있어서, R², R³ 및 R⁴ 중 하나가 메틸인 조성물.
제30항에 있어서, R² 및 R³이 메틸이고 R⁴가 벤질인 조성물.
제31항 또는 제32항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 적어도 0.7인 조성물.
제33항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 0.7 내지 7의 범위인 조성물.
제34항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가, N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치인 조성물.
제35항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 12 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제36항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 14 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제36항에 있어서, 선형 백본이 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한 것인 조성물.
제36항에 있어서, 선형 백본에 4차 탄소 원자가 실질적으로 없는 것인 조성물.
제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 메틸 분지가 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%인 조성물.
제40항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제41항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제41항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제42항 또는 제43항에 있어서, R¹¹이 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 것인 조성물.
제44항에 있어서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹ 중 하나가 메틸인 조성물.
제45항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰이 메틸이고 R¹¹이 벤질인 조성물.
필로실리케이트 점토, 및 (i) [NR¹R²R³R⁴]⁺의 화학식을 가지며 여기서 R¹, R² 및 R³ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 각각 갖는 분지형 알킬 기의 혼합물이고, 여기서 분지형 알킬 기는 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 상이한 탄소 위치에 분포된 하나 이상의 C₁ 내지 C₃ 알킬 기를 갖고, R² 및 R³ 중 하나 이상이 분지형 알킬 기가 아닌 경우에, R² 및 R³ 중 하나 이상은 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기이고, R⁴는 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제2 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 4급 암모늄 이온 및 (ii) [NR⁸R⁹R¹⁰R¹¹]⁺의 화학식을 가지며 여기서 R⁸, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상은 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제3 선형 알킬 기이고, 여기서 R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 제3 선형 알킬 기가 아닌 경우에, R⁹ 및 R¹⁰은 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기이고, R¹¹은 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제5 선형 알킬 기, 아릴 기 및 그의 혼합물로부터 선택된 것인 4급 암모늄 이온의 혼합물을 포함하는 유기점토 조성물.
제47항에 있어서, R¹이 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제47항에 있어서, R¹ 및 R²가 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제47항에 있어서, R¹, R² 및 R³이 각각 분지형 알킬 기의 혼합물인 조성물.
제47항 또는 제48항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제51항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제51항에 있어서, R² 및 R³ 중 하나 이상이 각각 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제1 선형 알킬 기인 조성물.
제47항 내지 제50항, 제52항 및 제53항 중 어느 한 항에 있어서, R⁴가 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 것인 조성물.
제55항에 있어서, R², R³ 및 R⁴ 중 하나가 메틸인 조성물.
제45항에 있어서, R² 및 R³이 메틸이고 R⁴가 벤질인 조성물.
제56항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 적어도 0.7인 조성물.
제57항에 있어서, 분지형 알킬 기당 분지의 평균 수가 0.7 내지 7의 범위인 조성물.
제58항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가, N⁺에 결합된 1번 탄소 원자 위치부터 카운팅하여, 선형 백본 상의 2번 탄소 원자 위치에서부터 ω-2번 탄소 원자 위치에 이르는 범위의 분지형 알킬 기의 선형 백본을 따라 분포된 분지화 지점 분포를 갖고, 여기서 ω는 선형 백본 상의 말단 탄소 원자 위치인 조성물.
제59항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 12 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제60항에 있어서, 각 분지형 알킬 기가 14 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 것인 조성물.
제61항에 있어서, 선형 백본이 0.5 원자% 미만의 4차 탄소 원자를 함유한 것인 조성물.
제461항에 있어서, 선형 백본에 4차 탄소 원자가 실질적으로 없는 것인 조성물.
제62항 또는 제63항에 있어서, 메틸 분지가 분지의 총수를 기준으로 분지화 알킬 기의 적어도 50%인 조성물.
제64항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 1 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제65항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 12 내지 22개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제65항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰ 중 하나 이상이 각각 1 내지 6개의 총 탄소 원자를 갖는 제4 선형 알킬 기인 조성물.
제66항 또는 제67항에 있어서, R¹¹이 벤질 기, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 또는 헥실 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 것인 조성물.
제68항에 있어서, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹ 중 하나가 메틸인 조성물.
제69항에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰이 메틸이고 R¹¹이 벤질인 조성물.
제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는 요변성 부여 조성물.
제71항에 있어서, 지방족 알키드 페인트, 바니시, 에폭시-기재 페인트, 폴리에스테르, 개질된 알키드 기재 페인트, 폴리에스테르 베이크 에나멜, 아크릴 베이크 에나멜, 불포화 폴리에스테르 수지 배합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 유기 조성물을 추가로 포함하는 요변성 부여 조성물.
제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 따른 유기점토 조성물을 포함하는 시추 유체 첨가제를 시추 유체에 첨가하는 것을 포함하는, 약 120℉ 내지 약 40℉의 온도 범위에 걸쳐 오일-기재 시추 유체의 실질적으로 일정한 레올로지 프로파일을 제공하는 방법.