氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶及其制备方法和应用。现有的葫芦巴胶原粉具有水不溶物含量高、耐盐性差以及水溶液黏度低等缺陷，不利于作为水力压裂液的基液使用。本发明专利技术先合成磺酸基葫芦巴胶和氟碳型单异氰酸酯活性中间体；再加入磺酸基葫芦巴胶，升温滴加氟碳型单异氰酸酯活性中间体；过滤，真空烘干，得到疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶。本发明专利技术在葫芦巴胶原粉上引入磺酸基和氟碳疏水基团，不仅可以显著增强葫芦巴胶水溶液的溶解性，增强压裂液的耐盐性，并且能增大基液的黏度，降低基液浓度，从而减少破胶后残渣含量。

Fluorocarbon hydrophobic association type sulfonate based fenugreek gum, preparation method and application thereof

The invention relates to a fluorocarbon hydrophobic association type sulfonic acid block fenugreek gum, a preparation method and an application thereof. The existing fenugreek collagen powder has the defects of high water content, poor salt resistance and low viscosity of aqueous solution, and is unfavorable to use as a base fluid for hydraulic fracturing fluid. The present invention first synthesis of sulfonic acid fenugreek gum and fluorocarbon type single isocyanate reactive intermediates; adding sulfonic acid fenugreek gum, temperature dropping of fluorocarbon type single isocyanate reactive intermediates; filtration, vacuum drying, obtain hydrophobic sulfonic acid fenugreek gum. The introduction of sulfonic group and fluorocarbon hydrophobic groups in fenugreek collagen powder, not only can significantly enhance the solubility of fenugreek gum solution, enhanced salt tolerance of fracturing fluid, and can increase the viscosity of the base fluid, reduce the base concentration, thereby reducing the residue content of the gel broken.

【技术实现步骤摘要】
氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种天然植物多糖的改性产品，具体涉及一种氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科学技术的发展及加工技术的提高，葫芦巴胶的功能愈加体现出来，尤其是在石油化工领域，葫芦巴胶可替代瓜胶作为一种稠化剂。但现有的葫芦巴胶原粉具有水不溶物含量高、溶解速度慢、耐盐性差以及水溶液黏度低、残渣含量高等缺陷，阻碍其使用。为此在葫芦巴胶的侧链上引入磺酸基和疏水基团，制得含疏水基团的磺酸基葫芦巴胶。磺酸基的引入有效的增强葫芦巴胶的耐盐性和水溶性；疏水基团的引入可以通过分子间缔合和分子内缔合会形成网状结构，起到增黏效果，降低压裂液基液的浓度，从而减少残渣含量。且疏水缔合大分子在盐溶液中分子内疏水基团间缠绕交联效应增强，表现出耐盐性。因此疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶作为压裂液基液具有良好的水溶性、耐盐性以及水溶液黏度高等优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶及其制备方法和应用，克服葫芦巴胶原粉的缺陷，一方面不仅改善葫芦巴胶水溶液的水溶性和耐盐性，另一方面，增大葫芦巴胶水溶液的黏度，降低基液黏度，从而减少残渣含量。本专利技术所采用的技术方案为：氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，其特征在于：具有以下结构：其疏水缔合基团为氟碳型单异氰酸酯。其分子量在180-200万。其氟碳型疏水基团的取代度为0.003-0.03；其磺酸基取代度为0.03-0.3。氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的制备方法，其特征在于：在磺酸基葫芦巴胶的羟基上引入氟碳型单异氰酸酯疏水基团，制得氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶。所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：磺酸基葫芦巴胶的合成：合成路线为：具体合成步骤为:(1)向5L、质量分数为50％的乙醇-水溶液中加入100g葫芦巴胶，搅拌均匀；(2)在氮气环境下，氢氧化钠中和至上述溶液为碱性，pH值为9，搅拌升温至70℃，滴加1.0g、质量分数为20％的3-氯-2-羟基丙磺酸钠溶液，滴加时间0.5h，滴加完毕反应4小时；(3)酸调节反应溶液至中性，过滤，真空烘干，得到淡黄色粉末，即为磺酸基葫芦巴胶，其取代度为0.1；第二步：氟碳型单异氰酸酯活性中间体的合成：合成路线为：具体合成步骤为：(1)在100mL丙酮中，加入1mol异佛尔酮二异氰酸酯，再加入0.3g二月桂酸二丁基锡催化剂,搅拌升温至80℃，滴加1mol2,2,3,4,4,4-六氟丁醇单体，滴加时间为0.5h，滴加完毕反应6小时；(2)通过减压蒸馏的方法除去体系中的丙酮，再用石油醚将产物洗涤三次，即得到氟碳活性中间体；第三步：氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的合成：合成路线为：具体合成步骤为：(1)在包括搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口烧瓶中加入1000mL丙酮、0.3-0.6g的二月桂酸二丁基锡催化剂以及第一步制得的取代度为0.1的磺酸基葫芦巴胶原粉10g，搅拌均匀；(2)搅拌升温至50-80℃，将溶于四氢呋喃中的质量分数为10％的氟碳型单异氰酸酯活性中间体0.5-3g滴加至反应物中，滴加时间0.5h，滴加完毕反应4-7小时；(3)减压抽滤，真空干燥，即是氟碳疏水缔合磺酸基葫芦巴胶。如所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的应用，其特征在于：所述氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶用于压裂液的制备。含有所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的压裂液，其特征在于：所述压裂液中各组分的质量百分含量为：氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶0.2％-0.4％；交联剂0.3-1％；防膨剂0.3-2％；余量为水。所述交联剂选自有机硼、有机锆、有机钛；所述防膨剂选自氯化钾、氯化按、聚季按盐。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术制备了氟碳型单异氰酸酯改性磺酸基葫芦巴胶，磺酸基葫芦巴胶分子侧链上引入疏水基团，疏水基团间可以发生分子内缔合和分子间缔合，形成网络结构，从而增大其水溶液黏度；引入疏水基团过多，疏水基团在葫芦巴胶分子链上分布过于紧密，会使得葫芦巴胶分子链卷曲，从而黏度降低。(图2考察了实施例3的试验条件下，改变氟碳型单异氰酸酯的添加量，讨论氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的取代度与水溶液黏度的关系，从图中可知取代度增加，黏度先增大后减少)。2、本专利技术制备的氟碳型单异氰酸酯改性磺酸基葫芦巴胶压裂液的耐盐性好。(图3考察了实施例4中压裂液的耐盐性能，从图中可看出，氟碳型单异氰酸酯改性磺酸基葫芦巴胶压裂液耐盐性能越好)。附图说明图1氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的红外谱图。图2氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的取代度与水溶液黏度的曲线图。图3氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶压裂液的耐盐性。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术为了改善葫芦巴胶原粉的缺陷，便于施工和使用，在葫芦巴胶原粉上引入磺酸基和氟碳疏水基团，不仅可以显著增强葫芦巴胶水溶液的溶解性，减少水不溶物的含量，提高压裂液的耐盐性。而且改性后的葫芦巴胶可有效提高其水溶液的黏度，减小压裂液基液的使用浓度，从而降低破胶后残渣含量。因此，氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶可作为一种水基稠化剂，具有良好的应用前景。本专利技术涉及的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，具有以下结构：其疏水缔合基团为氟碳型单异氰酸酯。其分子量在180-200万，为重均分子量；其氟碳型疏水基团的取代度为0.003-0.03，磺酸基取代度为0.003-0.03，优选0.1。取代度为质量分数取代度。上述氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的制备方法是，在磺酸基葫芦巴胶的羟基上引入氟碳型单异氰酸酯疏水基团，制得氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶。具体包括以下步骤：第一步：磺酸基葫芦巴胶的合成：合成路线为：具体合成步骤为:(1)向5L、质量分数为50％的乙醇-水溶液中加入100g葫芦巴胶，搅拌均匀；(2)在氮气环境下，氢氧化钠中和至上述溶液为碱性，pH值为9，搅拌升温至70℃，滴加1.0g、质量分数为20％的3-氯-2-羟基丙磺酸钠溶液，滴加时间0.5h，滴加完毕反应4小时；(3)酸调节反应溶液至中性，过滤，真空烘干，得到淡黄色粉末，即为磺酸基葫芦巴胶(SFG)，其取代度为0.1；第二步：氟碳型单异氰酸酯活性中间体的合成：合成路线为：具体合成步骤为：(1)在100mL丙酮中，加入1mol异佛尔酮二异氰酸酯，再加入0.3g二月桂酸二丁基锡催化剂,搅拌升温至80℃，滴加1mol2,2,3,4,4,4-六氟丁醇单体，滴加时间为0.5h，滴加完毕反应6小时；(2)通过减压蒸馏的方法除去体系中的丙酮，再用石油醚将产物洗涤三次，即得到氟碳活性中间体；第三步：氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的合成：合成路线为：具体合成步骤为：(1)在包括搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口烧瓶中加入1000mL丙酮、0.3-0.6g的二月桂酸二丁基锡催化剂以及第一步制得的取代度为0.1的磺酸基葫芦巴胶原粉10g，搅拌均匀；(2)搅拌升温至50-80℃，将溶于四氢呋喃中的质量分数为10％的氟碳型单异氰酸酯活性中间体0.5-3g滴加至反应物中，滴加时间0.5h，滴加完毕反应4-7小时；(3)减压抽滤，真空干燥，即是氟碳疏水缔合磺酸基葫芦巴胶(CFSFG)。所述氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶用于压裂液的制备，压本文档来自技高网...

【技术保护点】
氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，其特征在于：具有以下结构：

【技术特征摘要】
1.氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，其特征在于：具有以下结构：其疏水缔合基团为氟碳型单异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，其特征在于：其分子量在180-200万。3.根据权利要求1所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶，其特征在于：其氟碳型疏水基团的取代度为0.003-0.03；其磺酸基取代度为0.03-0.3。4.氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的制备方法，其特征在于：在磺酸基葫芦巴胶的羟基上引入氟碳型单异氰酸酯疏水基团，制得氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶。5.根据权利要求4所述的氟碳疏水缔合型磺酸基葫芦巴胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：磺酸基葫芦巴胶的合成：合成路线为：具体合成步骤为:(1)向5L、质量分数为50％的乙醇-水溶液中加入100g葫芦巴胶，搅拌均匀；(2)在氮气环境下，氢氧化钠中和至上述溶液为碱性，pH值为9，搅拌升温至70℃，滴加1.0g、质量分数为20％的3-氯-2-羟基丙磺酸钠溶液，滴加时间0.5h，滴加完毕反应4小时；(3)酸调节反应溶液至中性，过滤，真空烘干，得到淡黄色粉末，即为磺酸基葫芦巴胶，其取代度为0.1；第二步：氟碳型单异氰酸酯活性中间体的合成：合成路线为：具体合成步骤为：(1)在100mL丙酮中，加入1mol异佛尔酮二异氰酸酯，再加入0.3g二月桂酸二丁基锡催化剂,搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，秋列维，杨蕊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61