聚-烯烴減阻劑微膠囊的制備及表征

聚-烯烴減阻劑微膠囊的制備及表征

近年來(lái)，隨著高含蠟原油產(chǎn)量的提高，石油開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題日益突出。石油管輸過(guò)程中加入具有減阻功能的助劑可有效的降低原油輸送過(guò)程中的阻力。聚α-烯烴是效果最佳的減阻劑本文以水為分散劑、尿素和甲醛為原料,通過(guò)原位聚合法進(jìn)行反應(yīng),制得了以聚脲甲醛為壁材的聚α-烯烴減阻劑微膠囊;對(duì)分散劑及表面活性劑進(jìn)行了選擇,考察了合成聚脲甲醛的單體反應(yīng)物料比、聚α-烯烴的粒度、壁材的包覆量對(duì)減阻劑微膠囊性能的影響,對(duì)制備的減阻劑微膠囊的表觀形貌、穩(wěn)定性及減阻性能進(jìn)行了表征。1實(shí)驗(yàn)部分1.1聚-烯烴尿素、甲醛、硫酸、十二烷基苯磺酸鈉均為分析純;聚α-烯烴減阻劑,工業(yè)品。VECTOR-22紅外光譜儀(KBr涂膜法);(TES-CANVEGA3LMH)鎢燈絲掃描電子顯微鏡。1.2微囊的制備將聚α-烯烴降溫至聚合物的玻璃化溫度之下,加入隔離保護(hù)劑,用切割機(jī)將聚α-烯烴切割為粗顆粒(粒徑0.1~2cm),加入碳酸鈣粉末作為助磨劑,混合均勻后,在碾磨機(jī)中碾磨至適合粒徑。在酸催化條件下,尿素與甲醛通過(guò)原位聚合法,制備出脲酸樹(shù)脂微膠囊。反應(yīng)方程式如下:將100g去離子水、0.5g十二烷基苯磺酸鈉加入三口燒瓶中,攪拌均勻后,加入70g不同目數(shù)的聚α-烯烴減阻劑,持續(xù)攪拌,加入5g尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升溫至60℃,攪拌、保溫反應(yīng)2h,降至室溫,過(guò)濾,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烴減阻劑微膠囊。1.3聚-烯酸酯微囊的結(jié)構(gòu)和性能測(cè)試減阻率的測(cè)定采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法其中,α2結(jié)果與討論2.1抗阻劑中分散劑的篩選目前,用作減阻劑的α-烯烴聚合物的溶解度為16.2~17(J/cm2.2穩(wěn)定性性好減阻劑α-烯烴聚合物與水形成的分散體系,形成類似水包油系統(tǒng),向體系中加入親水親油平衡(HLB)值大于7的表面活性劑可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本研究選用十二烷基苯磺酸鈉,由于表面活性劑的加量一般需稍大于臨界膠束濃度時(shí),可發(fā)揮最大作用,而十二烷基苯磺酸鈉的臨界膠束濃度為1.2~1.6mmol/L,故本研究確定表面活性劑的加量為水量的0.5%。2.3溶解時(shí)間與烴的減阻率的關(guān)系取0.01g聚脲甲醛包覆聚α-烯烴減阻劑,加入至100mL原油中,用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢測(cè)加入前后原油的粘度,計(jì)算出減阻率。聚脲甲醛包覆不同目數(shù)的聚α-烯烴的減阻率及其減阻率與溶解時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖1。由圖1可知,當(dāng)芯材聚α-烯烴的目數(shù)為70~80時(shí),減阻劑的效果最差,說(shuō)明聚α-烯烴芯材的溶脹作用大于聚脲甲醛的束縛作用,聚α-烯烴的釋放速度對(duì)減阻效果起確定作用;當(dāng)芯材聚α-烯烴的目數(shù)為90~100時(shí),制備減阻劑的效果最佳,這表明此時(shí)芯材的釋放速度與壁材的溶解速度搭配較佳,2h內(nèi)減阻效果達(dá)到最佳;由圖1可知,制備的不同粒徑的減阻劑微膠囊在足夠長(zhǎng)的溶解時(shí)間條件下,減阻率將會(huì)達(dá)到相同值,圖中的各個(gè)曲線會(huì)交于一點(diǎn)。2.4單體摩爾比及量的確定將100g去離子水、0.5g十二烷基苯磺酸鈉加入三口燒瓶中,攪拌均勻后,加入70g90~100目聚α-烯烴減阻劑,持續(xù)攪拌,加入一定量的尿素和甲醛溶液,升溫至60℃,攪拌、保溫反應(yīng)2h,降至室溫,過(guò)濾,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烴減阻劑微膠囊。在常溫條件下放置100d,考察其狀態(tài),單體摩爾比對(duì)減阻劑微膠囊分散性的影響見(jiàn)表1。由表1可知,當(dāng)尿素與甲醛的摩爾比為1∶2時(shí),兩種單體已經(jīng)完全反應(yīng),聚脲甲醛微膠囊的包覆效果最佳。甲醛過(guò)量,不僅會(huì)造成浪費(fèi),同時(shí)亦會(huì)污染水體系。因而,本實(shí)驗(yàn)確定投料摩爾比為1∶2。聚脲甲醛壁材的量對(duì)減阻劑微膠囊狀態(tài)的影響見(jiàn)表2。由表2可知,制備的減阻劑微膠囊的存儲(chǔ)狀態(tài)隨聚脲甲醛的包覆量的增大逐步變好;但活性物聚α-烯烴的含量隨著聚脲甲醛的包覆量的增大而降低,聚脲甲醛過(guò)大,會(huì)使得減阻率降低,減阻效果變差。因而,本研究中聚脲甲醛的包覆量取10%。2.5反應(yīng)溫度對(duì)減阻劑微膠囊分散性能的影響將100g去離子水、0.5g十二烷基苯磺酸鈉加入三口燒瓶中,攪拌均勻后,加入70g90~100目聚α-烯烴減阻劑,持續(xù)攪拌,加入5g的尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升溫至設(shè)定溫度,攪拌、保溫反應(yīng)2h。降至室溫,過(guò)濾,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烴減阻劑微膠囊。在常溫條件下放置100d,考察其狀態(tài),表3為反應(yīng)溫度與減阻劑微膠囊分散性能的關(guān)系。參考范霍夫定律,聚合反應(yīng)的溫度影響反應(yīng)速度,從而決定聚α-烯烴的包覆效果。反應(yīng)溫度越高,縮聚反應(yīng)速度越快,會(huì)導(dǎo)致較短時(shí)間內(nèi)生成大量的樹(shù)脂顆粒,部分樹(shù)脂顆粒未能沉積到聚α-烯烴顆粒的表面,就已經(jīng)團(tuán)聚成塊;當(dāng)聚合反應(yīng)溫度較低,反應(yīng)速度較慢時(shí),生成的樹(shù)脂顆粒在分散劑的促進(jìn)下可有效地沉積在芯材表面,包覆后的聚α-烯烴表面光滑、顆粒間無(wú)粘連、分散性好;而當(dāng)聚合溫度過(guò)低時(shí),沉積在聚α-烯烴表面的樹(shù)脂顆粒不能快速地交聯(lián)固化,進(jìn)行機(jī)械攪拌時(shí),會(huì)逐漸脫落,從而導(dǎo)致壁材包覆率降低、分散性能變差。所以,本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化反應(yīng)溫度為60℃。2.6反應(yīng)時(shí)間對(duì)減阻劑微囊分散性能的影響將100g去離子水、0.5g十二烷基苯磺酸鈉加入三口燒瓶中,攪拌均勻后,加入70g90~100目聚α-烯烴減阻劑,持續(xù)攪拌,加入5g的尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升溫至設(shè)定溫度,攪拌、保溫反應(yīng)一定時(shí)間,降至室溫,過(guò)濾,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烴減阻劑微膠囊。在常溫條件下放置100d,考察其狀態(tài),表4為反應(yīng)時(shí)間對(duì)減阻劑微膠囊分散性的影響。由表4可知,制備的減阻劑微膠囊的分散狀態(tài)隨著單體反應(yīng)時(shí)間的增大而逐漸變好,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2h后,反應(yīng)已經(jīng)完成,包覆效果無(wú)明顯變化,減阻劑微膠囊分散性能良好。2.7體系ph值對(duì)聚-烯烴顆粒分散的影響通常脲醛縮聚反應(yīng)時(shí),采用稀硫酸作為酸性催化劑,體系pH值對(duì)微膠囊包覆效果的影響見(jiàn)表5。由表5可知,聚合反應(yīng)體系的pH值對(duì)微膠囊的包覆效果影響較大,當(dāng)體系的pH值為4~5時(shí),即使聚合時(shí)間很長(zhǎng),包覆后的聚α-烯烴減阻劑在存儲(chǔ)過(guò)程中仍會(huì)粘連成團(tuán);體系的pH值為3時(shí),聚脲甲醛在聚α-烯烴顆粒表面可有效地進(jìn)行沉積,脲醛樹(shù)脂包覆層逐漸增厚,可形成致密的包覆層,顆粒分散性好;當(dāng)體系的酸性過(guò)強(qiáng)時(shí),樹(shù)脂顆粒析出過(guò)快,不能有效地包覆在聚α-烯烴表面,會(huì)在溶劑中團(tuán)聚,顆粒分散效果差。實(shí)驗(yàn)表明,反應(yīng)體系的pH為3時(shí),制備的減阻劑微膠囊的表面形態(tài)較光滑、致密,顆粒具有很好的分散性。2.8-多酚微膠囊的結(jié)構(gòu)性能2.8.1和表由圖2可知,3341cm2.8.2易粘連的因素由圖3可知,包覆前,聚α-烯烴表面呈現(xiàn)多孔狀纏繞結(jié)構(gòu),表面處于高彈態(tài),柔性長(zhǎng)鏈之間的相互作用,導(dǎo)致顆粒之間易粘連成團(tuán)狀;包覆后,顆粒表面的多孔狀結(jié)構(gòu)已被聚脲甲醛樹(shù)脂覆蓋,表面形貌得到了有效地改良,顆粒之間不易粘連,常溫條件下可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存。3聚脲甲醛包覆前后減阻劑的表觀形貌以水為分散劑,尿素和甲醛為原料,通過(guò)原位聚合法進(jìn)行反應(yīng),制得以聚脲甲醛為壁材的聚α-烯烴減阻劑微膠囊的優(yōu)化工藝條件:尿素與甲醛的摩爾比為1∶2,聚脲甲醛壁材的加入量為10%,表面活性