一种高粘度聚阴离子纤维素的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高粘度聚阴离子纤维素的制备方法。该制备方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有：ａ）纤维素的碱化；ｂ）纤维素的加醚化剂混合；ｃ）纤维素的醚化；ｄ）中和洗涤；ｅ）产品的后处理；所述制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤ｂ）纤维素的加醚化剂混合和所述步骤ｃ）纤维素的醚化之间进行，所述交联反应步骤是将交联剂Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰胺加入到纤维素中进行交联反应。该方法能解决现有的聚阴离子纤维素的制备方法得到的聚阴离子纤维素粘度低、耐盐性差、滤失量高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚阴离子纤维素的制备方法，特别涉及。
技术介绍
聚阴离子纤维素，简称PAC，是以天然纤维素为基本原料，经过化学改性得到的一 种水溶性的离子型纤维素醚，它的水溶液有增稠、粘结成膜、保持水分、乳化及悬浮作用，广 泛用于食品、牙膏、涂料、采矿、石油钻井等方面，被誉为“工业味精”。聚阴离子纤维素作为增粘剂在工业上得到了广泛的应用。聚阴离子纤维素在石油 钻井中是一种重要的泥浆处理剂，用于钻井、完井和固井等方面，起增粘、降滤失、胶凝、悬 浮等作用。由于石油勘探领域的不断扩大及平均钻井深度的日渐增加，对PAC的质量要求 不断提高，要求PAC具有较高的粘度、耐盐性、抗钙性和抗温性。国外在提高PAC质量方面，采用了纤维素粉碎、氮气密封、加大溶媒液比、添加抗 氧剂等方法，达到提高PAC粘度、取代度和取代基分布均一性的目的。国内由于设备条件的 限制，主要采用微交联的方式来提高PAC的性能。目前，对于聚阴离子纤维素微交联的研究 主要集中在选择何种交联剂的问题上，对于乙二醛，硼酸盐，铝盐，有机钛，环氧氯丙烷等交 联剂用于聚阴离子纤维素的微交联方面已经有了很多的报道，不过这些交联剂在提高聚阴 离子纤维素质量方面和应用性能方法都有各自的缺陷，不能满足人们对聚阴离子纤维素的 质量的高要求。乙二醛作为交联剂进行微交联主要是处理非离子型纤维素醚，而对阴离子型纤维 素醚的处理并不理想；现有技术中也有采用铝盐对聚阴离子纤维素进行微交联，但该技术 不仅要将聚阴离子纤维素形成高分子溶液，而且要加入铝盐螯合剂，所以该技术不够方便； 环氧氯丙烷作为交联剂，其与羟基交联的反应需在较高的温度下进行，而且反应时间长，反 应程度不易控制。总之，这些交联剂在提高聚阴离子纤维素的质量方面都有各自的缺陷。公开号为CN101067002A，公开日为2007年11月7日的中国专利技术专利申请公开了 一种捏合法制备聚阴离子纤维素的方法。该方法的技术方案为1)纤维素的碱化预先冷却捏合机。40% 50%的氢氧化钠溶液和质量浓度不小 于90%的有机溶剂以一定比例混合，在10 35分钟内通过喷管喷淋在捏合机中不断搅动 的纤维素上，控制碱化温度在5 35°C，碱化时间0. 5 3. 0小时，使纤维素充分润胀、活 化，以期得到碱化均勻的碱纤维素。纤维素与有机溶剂的质量比为1 1 5，有机溶剂可以是异丙醇、乙醇、甲醇、异 丙醇/乙醇、异丁醇等。纤维素与碱金属氢氧化物的质量比为1 0.4 1.2。2)纤维素的转移碱化反应结束后，5 35°C下通过捏合机中的喷酸管均勻喷洒 氯乙酸/有机溶剂溶液，氯乙酸/有机溶液的浓度为50% 70%。搅拌均勻后，出料到犁 式反应釜中。纤维素与氯乙酸的质量比为1 0.5 1.2，加氯乙酸溶液的时间为20 40 分钟。3)纤维素的醚化物料到犁式反应釜中，通过加套勻速加热，开始醚化反应，醚化反应温度为45 80°C，反应时间为40 180分钟。4)中和及后处理反应结束后，无需降温，直接用洗涤介质洗涤物料至中和釜，用 醋酸或盐酸中和体系中过量的碱，离心、洗涤、干燥。洗涤介质可以是甲醇、乙醇或异丙醇； 冲洗用洗涤介质可以含一定浓度的无机盐或不含无机盐。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，以解决现有的聚 阴离子纤维素的制备方法得到的聚阴离子纤维素粘度低、耐盐性差、滤失量高的问题。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本专利技术的目的。，该制备方法以精制棉为纤维素原料，包 括的步骤有a)纤维素的碱化；b)纤维素的加醚化剂混合；c)纤维素的醚化；d)中和洗涤；e)产品的后处理；所述制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤b)纤维素的 加醚化剂混合和所述步骤c)纤维素的醚化之间进行，所述交联反应步骤是将交联剂N， N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到纤维素中进行交联反应。本专利技术选择了 N，N'-亚甲基双丙烯酰胺作为聚阴离子纤维素的交联剂对其进行 微交联，由于N，N' _亚甲基双丙烯酰胺的反应活性比较高，与纤维素的羟基反应速度快， 反应容易控制，所以N，N' _亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂对纤维素进行微交联更为有效。 此外，本案专利技术人意外地发现，采用N，N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，不但提高了聚 阴离子纤维素取代基分布的均勻性，提高了聚阴离子纤维素的粘度，而且提高了聚阴离子 纤维素的应用性能，特别是提高了聚阴离子纤维素滤失量、耐盐性。用N，N'-亚甲基双丙 烯酰胺作为交联剂进行交联反应得到的高粘度聚阴离子纤维素和空白样品相比，粘度提高 了一倍左右，且滤失量不超过15ml，在饱和盐水中的表观粘度高于32mpa · s。本方法采用 先交联后羧甲基化的工艺，成功地制备了高粘度聚阴离子纤维素，本产品正是迎合了随着 石油勘探领域的不断扩大及平均钻井深度的日渐增加，对聚阴离子纤维素的质量提出的越 来越高的要求，本产品可以用于石油钻井液以及石油开采等领域。本专利技术的第一个优选的技术方案是，所述交联反应的温度控制在40°C -65 所述交联反应的时间控制在20min-60min，所述交联剂的量控制为精制棉重量的 0. 75% -1. 5%。本专利技术的第二个优选的技术方案是，在所述步骤a)纤维素的碱化中，通N2保护纤 维素。本案专利技术人实验发现，通N2保护纤维素减少了纤维素的氧化降解，有助于提高产品 的粘度，也有助于制备比较均勻的纤维素醚，本技术方案中通N2保护的对N2压强没有一定 的特殊要求，只要纤维素的碱化能在惰性气体保护下进行即可。本专利技术的第三个优选的技术方案是，所述制备方法还包括纤维素的二次碱化步骤，所述纤维素的二次碱化步骤在所述步骤b)纤维素的加醚化剂混合和所述交联反应步骤之间进行，所述纤维素的二次碱化步骤的温度为15°C -40°C，碱化时间为10min-30min， 所述纤维素的二次碱化步骤所用液碱的重量占所述步骤a)纤维素的碱化和所述纤维素的 二次碱化步骤所用液碱的总重量的10% _40%，所述液碱的浓度为45% -52%。二次碱化 有助于纤维素碱化充分，有助于提高反应的均勻性和提高产品的取代度。进一步，在所述纤 维素的二次碱化步骤中，通N2保护纤维素。附图说明图1是具体实施方式中所述的的流程图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。参见图1。，具体包括以下步骤1)、预混在捏合机里，加入固碱与液碱和酒精，预混10min-30min，使固碱基本上 溶解在液碱和酒精中。采用两种物质形态的碱，主要是为了控制反应中的水分，减少副反应 的发生。2)、投料预混结束后，将已撕碎的精制棉投入到捏合机中，精制棉的平均聚合度 为 2000-4000。3)、纤维素的碱化通过喷淋的方式将液碱和酒精加入到捏合机中，进行纤维 素的碱化，整个碱化过程中通冷却水控制温度在15°C _401，通队保护，碱化时间为 30min_80mino4)、纤维素的加醚化剂混合通过喷淋的方式将氯乙酸酒精溶液加入到捏合机中， 控制温度在20°C -40°C，捏合10min-30min，氯乙酸酒精溶液的浓度为65% -75%，氯乙酸与 精制棉的质量比为0. 95-1.2。5)、纤维素的二次碱化通过喷淋的方式将液碱加入到捏合机中，进行纤维素的 二次碱化，整个二次碱化过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高粘度聚阴离子纤维素的制备方法，该制备方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有：　　ａ）纤维素的碱化；　　ｂ）纤维素的加醚化剂混合；　　ｃ）纤维素的醚化；　　ｄ）中和洗涤；　　ｅ）产品的后处理；　　其特征在于：所述制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤ｂ）纤维素的加醚化剂混合和所述步骤ｃ）纤维素的醚化之间进行，所述交联反应步骤是将交联剂Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰胺加入到纤维素中进行交联反应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁长光，王文涛，朱宏彬，袁和平，丁长银，张强，聂熙金，
申请(专利权)人：上海长光企业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]