一种塑料小球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种塑料小球及其制备方法和应用。所述塑料小球包含有重量百分比0.1～100％wt的聚碳酸酯，其余为聚苯乙烯。所述制备方法包括：将油相溶质溶于有机溶剂中，混合均匀作为油相，所述油相溶质为聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物；将分散剂或者分散剂和乳化剂溶于水制成水相；将上述油相和水相充分混合，使得油相在水相中分散均匀制得乳液；升温使有机溶剂挥发同时油相液滴固化；之后对乳液进行分离，分离出固相，干燥后即制得所述塑料小球。本发明专利技术环保性好，工艺简单，并且可解决“白色污染”问题，应用广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油勘探领域，进一步地说，是涉及一种塑料小球及其制备方法和应用。
技术介绍
随着石油勘探工作的发展，钻井深度不断增加，丛式井、大斜度定向井和水平井的钻井数量也迅速增大，避免卡钻、降低钻具扭矩、减少钻柱磨损成为急需解决的问题，在钻井液中加入润滑剂可有效避免卡钻等事故。固体润滑剂是相对于液体润滑剂来说的，是以固体的形式加入到钻井液中起到润滑井壁、防止粘附卡钻等作用。它具有运输便利、无荧光、润滑性能好等优点。目前所用的钻井液用固体润滑剂按照润滑机理主要有以下两种。 (I)石墨类，润滑机理主要靠层间的滑动。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格，原子呈层状排列，同一层晶面上碳原子间的距离为0. 142nm，相互之间是共价键结合；层与层之间的距离为0. 34nm，原子间呈分子键结合，层与层之间的作用力很小故很容易在层间发生相对滑动，从而起到很好的减磨作用。石墨粉作为润滑剂具有抗高温、无荧光、降摩阻效果明显、加量小、对钻井液性能无不良影响等特点。加入到钻井液后能牢固地吸附(包括物理和化学吸附)在钻具和井壁岩石表面，从而改善摩擦接触面之间的摩擦状态，起到降低摩阻的作用。(2)圆形球状体，类似于细小滚珠，润滑机理是存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大幅度降低扭矩和阻力，防止粘附卡钻，主要包括玻璃小球和塑料小球。玻璃小球成分为玻璃体，性脆，在打钻过程中极易破碎，一般用于下套管时使用，而不能用于常规钻井中。目前所用的塑料小球主要为苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，韧性强，具有无毒、无荧光、可回收利用等特点。它耐酸、耐碱、不溶于水和油类，在钻井液中呈惰性，可与水基和油基的各种类型钻井液匹配，是一种高效润滑剂，近年来发展很快。由于石墨为天然矿物材料，而玻璃小球由于脆性大，在打钻过程中无法应用，钻井液用固体润滑剂研究主要集中在塑料小球方面，目前塑料小球制备方法主要有以下两种(I)以苯乙烯或丙烯酸酯为主，配二烯属烃共聚而成。采用悬浮聚合的方法，以苯乙烯为单体，以二乙烯基苯为交联剂，过氧化二苯甲酰为引发剂，聚乙烯醇和明胶为分散剂合成出塑料小球，目前所用的塑料小球大部分为这种方法制备。缺点是合成时需使用单体，并且二乙烯苯成本较高；(2)有机无机复合，以苯乙烯和无机层状材料为原料，利用单体原位插层悬浮聚合的方法制备聚苯乙烯复合粒子，聚苯乙烯/无机复合塑料小球，可以通过调整搅拌强度、分散剂用量、聚合时间和温度等来控制产品的粒径。缺点是原位插层需要的条件苛刻，产率低，工业化难度大。以上方法制备的塑料小球，材料主要为聚苯乙烯，由于聚苯乙烯的玻璃化温度范围在80 110°C，只能用于110°C以下的钻井中。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种塑料小球及其制备方法和应用，工艺简单，产品密度、抗压、抗温能力都可调整，性能良好。 本专利技术的目的之一是提供一种塑料小球。其平均粒径为I 300 i! m，优选为10 100 u m。所述塑料含有以重量百分比计的以下组分聚碳酸酯0. I 100 %，优选25 75%，其余为聚苯乙烯。本专利技术空心塑料小球平均粒径为I 300iim，优选为20 120iim。本专利技术的目的之二是提供以上所述塑料小球的制备方法。该方法包括将油相溶质溶于有机溶剂中，混合均匀作为油相，所述油相溶质为聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物；将分散剂或者分散剂和乳化剂溶于水制成水相；将上述油相和水相充分混合，使得油相在水相中分散均匀制得乳液；将乳液升温使有机溶剂挥发同时油相液滴固化；之后对乳液进行液固分离，分离出固相，干燥后即制得所述塑料小球。具体地，本专利技术的塑料小球的制备方法包括以下步骤(I)将油相溶质溶解于有机溶剂，油相溶质为有机溶剂重量的4 27 %，所述油相溶质为聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物，其中油相溶质中聚碳酸酯重量百分含量0. I 100%，优选25 75%，其余为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体；当油相溶质为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物时，除所述量的聚碳酸酯外，油相溶质余量中聚苯乙烯重量为0 100%，优选为15 75%，其余为苯乙烯单体；同时在有机溶剂中加入聚碳酸酯重量0 15wt%的增塑剂，搅拌均匀后制成油相；当油相溶质中含有苯乙烯单体时，有机溶剂中同时溶解有苯乙烯聚合用引发剂，苯乙烯聚合用引发剂的加量为苯乙烯单体重量的0. 02 3%，优选为0. I 0. 5% ;所述有机溶剂溶解度参数为9. 0 10. 2，在水中溶解度小于或等于30g/l，并且沸点小于100°C。(2)在水中加入分散剂和乳化剂制得水相，所述分散剂的重量为水重量的0. 12 8wt%，优选I 3% ;乳化剂的重量为水重量的0 I. 0wt%，优选为0. I 0. 3% ;所述水为现有技术中通常的水，包括自来水，蒸馏水等。(3)常温下，将所述油相加入水相中，油相与水相的重量比不大于I : 2，优选为I : 3 I : 7，同时进行动态分散，得到乳化均匀的乳液；将乳液加热至40 60°C，至少维持动态分散I小时，再升温至60 95°C，至少维持动态分散0. 5小时后结束，整个分散过程中保持油水乳液处于动态。优选地，将油相加入水相中，同时进行动态分散，得到乳化均匀的乳液后将乳液加热至43 45°C，维持动态分散I. 2 2. 5小时，继续升温至65 75°C，维持动态分散I 2小时后结束。以上可使用现有技术中通常的加热方法加热乳液，比如电加热，水浴加热。(4)将所述乳液进行液固分离，分离出小球，之后将小球干燥即可得到所述聚苯乙烯塑料小球。其中所述的液固分离可采用现有技术中常见的液固分离方法，包括离心分离、过滤分离等，过滤分离中优选抽滤分离。所采用的分离设备也是现有技术中已有的各种过滤装置、离心机或真空抽滤装置等。分离出来的液体可再重复利用。所述干燥可采用通常干燥方法，比如常温风干、烘干。其中优选烘干。烘干时间不限，使小球干燥为止，一般可以在10 36小时。烘干温度一般在70 120°C。 本专利技术的方法中，当采用苯乙烯单体作为油相溶质的一部分时，在本专利技术方法的温度、引发剂等条件下，苯乙烯可以聚合成为聚苯乙烯，同时由于苯乙烯单体是液体，因此制得的油相的粘度要小于全部采用聚碳酸酯或聚碳酸酯与聚苯乙烯混合物作为原料配制的油相粘度。当油相的粘度低而其他条件不变的情况下，所形成的乳液中油相颗粒更细，分布更均匀，形成的小球产品粒径更小，分布更窄。因此可通过调整苯乙烯在油相溶质中的含量也可作为调整小球产品粒径及分布的因素之一。以上所述本专利技术的方法步骤(I)中，油相溶质中的聚碳酸酯塑料或是聚苯乙烯塑料为现有技术中的各种聚碳酸酯塑料或是聚苯乙烯塑料，也包括以聚苯乙烯、聚碳酸酯为主要成分的废旧塑料回收料，比如以聚苯乙烯为主要成分的废弃泡沫塑料包装材料等，以聚碳酸酯为主要成分的废弃光盘、太空杯等。这些回收料均可从市售而得。如果是废旧塑料回收料，可清洗干净后烘干备用。以上所述本专利技术的方法步骤(I)中，有机溶剂的溶解度参数为9. 0 10. 2 ;在水中溶解度小于或等于30g/l，并且沸点小于100°C。以上所述有机溶剂优选自以下物质中的至少一种苯(溶解度参数9. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塑料小球，平均粒径为1～300μm，所述塑料含有重量百分比0.1～100％的聚碳酸酯，其余为聚苯乙烯。

【技术特征摘要】
2011.05.13 CN 201110123867.21.一种塑料小球，平均粒径为I 300 μ m，所述塑料含有重量百分比O. I 100%的聚碳Ife酷，其余为聚本乙火布。2.根据权利要求I所述的塑料小球，其特征在于小球的平均粒径为10 100μ m。3.根据权利要求I所述的塑料小球，其特征在于所述塑料含有重量百分比25 75%的聚碳酸酯，其余为聚苯乙烯。4.一种根据权利要求I 3之一所述的塑料小球，其特征在于由以下方法制得将油相溶质溶于有机溶剂中，混合均匀作为油相，所述油相溶质为所述量的聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与所述量的聚碳酸酯组成的混合物；将分散剂或者分散剂和乳化剂溶于水制成水相；将上述油相和水相充分混合，使得油相在水相中分散均匀制得乳液；将乳液升温使有机溶剂挥发同时油相液滴固化；之后对乳液进行液固分离，分离出固相，干燥后即制得所述塑料小球。5.根据权利要求I 4之一所述的一种塑料小球的制备方法，其包括以下步骤 (1)将油相溶质溶解于有机溶剂，油相溶质为有机溶剂重量的4 27%，所述油相溶质为所述量的聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与所述量的聚碳酸酯组成的混合物；当油相溶质为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物时，除所述量聚碳酸酯外油相溶质余量中聚苯乙烯重量为O 100%，优选为15 75%，其余为苯乙烯单体；同时在有机溶剂中加入聚碳酸酯重量O 15wt%的增塑剂，混合均匀后制成油相；当油相溶质中含有苯乙烯单体时，有机溶剂中同时加入有苯乙烯聚合用引发剂，苯乙烯聚合用引发剂的加量为苯乙烯单体重量的O. 02 3%，优选为O. I O. 5% ; 所述有机溶剂溶解度参数为9. O 10. 2，在水中溶解度小于或等于30g/l，并且沸点小于 100。。； (2)在水中加入分散剂和乳化剂制得水相，分散剂重量占水重量的O.12 8%，优选为占水重量的I 3% ;乳化剂重量占水重量的O I. 0%，优选为占水重量的O. I O. 3% ; (3)常温下，将所述油相加入水相中，油相与水相的重量比不大于I: 2，优选为I : 3 I : 7，同时进行动态分散，得到乳化均匀的乳液；将乳液加热至40 60°C，至少维持动态分散I小时后，再升温至60 95°C，至少维持动态分散O. 5小时后结束； (4)将所述乳液进行液固分离，分离出小球，之后将小球干燥即可得到所述塑料小球。6.根据权利要求5所述的塑料小球的制备方法，其特征在于 所述有机溶剂为苯、二氯甲烷、三氯甲烷、1，I-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、1，1，I-三氯乙烷中的至少一种。7.根据权利要求5所述的塑料小球的制备方法，其特征在于 所述分散剂为黄原胶、明胶、羧甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、羟乙基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。8.根据权利要求5所述的塑料小...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵素丽，陈铖，林永学，王文立，王琳，杨小华，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：