聚-烯烃减阻剂微胶囊的制备及表征

聚-烯烃减阻剂微胶囊的制备及表征

近年来，随着高含蜡原油产量的提高，石油开采、储存和运输问题日益突出。石油管输过程中加入具有减阻功能的助剂可有效的降低原油输送过程中的阻力。聚α-烯烃是效果最佳的减阻剂本文以水为分散剂、尿素和甲醛为原料,通过原位聚合法进行反应,制得了以聚脲甲醛为壁材的聚α-烯烃减阻剂微胶囊;对分散剂及表面活性剂进行了选择,考察了合成聚脲甲醛的单体反应物料比、聚α-烯烃的粒度、壁材的包覆量对减阻剂微胶囊性能的影响,对制备的减阻剂微胶囊的表观形貌、稳定性及减阻性能进行了表征。1实验部分1.1聚-烯烃尿素、甲醛、硫酸、十二烷基苯磺酸钠均为分析纯;聚α-烯烃减阻剂,工业品。VECTOR-22红外光谱仪(KBr涂膜法);(TES-CANVEGA3LMH)钨灯丝扫描电子显微镜。1.2微囊的制备将聚α-烯烃降温至聚合物的玻璃化温度之下,加入隔离保护剂,用切割机将聚α-烯烃切割为粗颗粒(粒径0.1~2cm),加入碳酸钙粉末作为助磨剂,混合均匀后,在碾磨机中碾磨至适合粒径。在酸催化条件下,尿素与甲醛通过原位聚合法,制备出脲酸树脂微胶囊。反应方程式如下:将100g去离子水、0.5g十二烷基苯磺酸钠加入三口烧瓶中,搅拌均匀后,加入70g不同目数的聚α-烯烃减阻剂,持续搅拌,加入5g尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升温至60℃,搅拌、保温反应2h,降至室温,过滤,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烃减阻剂微胶囊。1.3聚-烯酸酯微囊的结构和性能测试减阻率的测定采用旋转粘度计法其中,α2结果与讨论2.1抗阻剂中分散剂的筛选目前,用作减阻剂的α-烯烃聚合物的溶解度为16.2~17(J/cm2.2稳定性性好减阻剂α-烯烃聚合物与水形成的分散体系,形成类似水包油系统,向体系中加入亲水亲油平衡(HLB)值大于7的表面活性剂可有效提高系统的稳定性。本研究选用十二烷基苯磺酸钠,由于表面活性剂的加量一般需稍大于临界胶束浓度时,可发挥最大作用,而十二烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度为1.2~1.6mmol/L,故本研究确定表面活性剂的加量为水量的0.5%。2.3溶解时间与烃的减阻率的关系取0.01g聚脲甲醛包覆聚α-烯烃减阻剂,加入至100mL原油中,用旋转粘度计检测加入前后原油的粘度,计算出减阻率。聚脲甲醛包覆不同目数的聚α-烯烃的减阻率及其减阻率与溶解时间的关系见图1。由图1可知,当芯材聚α-烯烃的目数为70~80时,减阻剂的效果最差,说明聚α-烯烃芯材的溶胀作用大于聚脲甲醛的束缚作用,聚α-烯烃的释放速度对减阻效果起确定作用;当芯材聚α-烯烃的目数为90~100时,制备减阻剂的效果最佳,这表明此时芯材的释放速度与壁材的溶解速度搭配较佳,2h内减阻效果达到最佳;由图1可知,制备的不同粒径的减阻剂微胶囊在足够长的溶解时间条件下,减阻率将会达到相同值,图中的各个曲线会交于一点。2.4单体摩尔比及量的确定将100g去离子水、0.5g十二烷基苯磺酸钠加入三口烧瓶中,搅拌均匀后,加入70g90~100目聚α-烯烃减阻剂,持续搅拌,加入一定量的尿素和甲醛溶液,升温至60℃,搅拌、保温反应2h,降至室温,过滤,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烃减阻剂微胶囊。在常温条件下放置100d,考察其状态,单体摩尔比对减阻剂微胶囊分散性的影响见表1。由表1可知,当尿素与甲醛的摩尔比为1∶2时,两种单体已经完全反应,聚脲甲醛微胶囊的包覆效果最佳。甲醛过量,不仅会造成浪费,同时亦会污染水体系。因而,本实验确定投料摩尔比为1∶2。聚脲甲醛壁材的量对减阻剂微胶囊状态的影响见表2。由表2可知,制备的减阻剂微胶囊的存储状态随聚脲甲醛的包覆量的增大逐步变好;但活性物聚α-烯烃的含量随着聚脲甲醛的包覆量的增大而降低,聚脲甲醛过大,会使得减阻率降低,减阻效果变差。因而,本研究中聚脲甲醛的包覆量取10%。2.5反应温度对减阻剂微胶囊分散性能的影响将100g去离子水、0.5g十二烷基苯磺酸钠加入三口烧瓶中,搅拌均匀后,加入70g90~100目聚α-烯烃减阻剂,持续搅拌,加入5g的尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升温至设定温度,搅拌、保温反应2h。降至室温,过滤,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烃减阻剂微胶囊。在常温条件下放置100d,考察其状态,表3为反应温度与减阻剂微胶囊分散性能的关系。参考范霍夫定律,聚合反应的温度影响反应速度,从而决定聚α-烯烃的包覆效果。反应温度越高,缩聚反应速度越快,会导致较短时间内生成大量的树脂颗粒,部分树脂颗粒未能沉积到聚α-烯烃颗粒的表面,就已经团聚成块;当聚合反应温度较低,反应速度较慢时,生成的树脂颗粒在分散剂的促进下可有效地沉积在芯材表面,包覆后的聚α-烯烃表面光滑、颗粒间无粘连、分散性好;而当聚合温度过低时,沉积在聚α-烯烃表面的树脂颗粒不能快速地交联固化,进行机械搅拌时,会逐渐脱落,从而导致壁材包覆率降低、分散性能变差。所以,本实验优化反应温度为60℃。2.6反应时间对减阻剂微囊分散性能的影响将100g去离子水、0.5g十二烷基苯磺酸钠加入三口烧瓶中,搅拌均匀后,加入70g90~100目聚α-烯烃减阻剂,持续搅拌,加入5g的尿素和12.5g40%的甲醛溶液,升温至设定温度,搅拌、保温反应一定时间,降至室温,过滤,干燥至恒重,得到聚脲甲醛包覆聚α-烯烃减阻剂微胶囊。在常温条件下放置100d,考察其状态,表4为反应时间对减阻剂微胶囊分散性的影响。由表4可知,制备的减阻剂微胶囊的分散状态随着单体反应时间的增大而逐渐变好,当反应时间达到2h后,反应已经完成,包覆效果无明显变化,减阻剂微胶囊分散性能良好。2.7体系ph值对聚-烯烃颗粒分散的影响通常脲醛缩聚反应时,采用稀硫酸作为酸性催化剂,体系pH值对微胶囊包覆效果的影响见表5。由表5可知,聚合反应体系的pH值对微胶囊的包覆效果影响较大,当体系的pH值为4~5时,即使聚合时间很长,包覆后的聚α-烯烃减阻剂在存储过程中仍会粘连成团;体系的pH值为3时,聚脲甲醛在聚α-烯烃颗粒表面可有效地进行沉积,脲醛树脂包覆层逐渐增厚,可形成致密的包覆层,颗粒分散性好;当体系的酸性过强时,树脂颗粒析出过快,不能有效地包覆在聚α-烯烃表面,会在溶剂中团聚,颗粒分散效果差。实验表明,反应体系的pH为3时,制备的减阻剂微胶囊的表面形态较光滑、致密,颗粒具有很好的分散性。2.8-多酚微胶囊的结构性能2.8.1和表由图2可知,3341cm2.8.2易粘连的因素由图3可知,包覆前,聚α-烯烃表面呈现多孔状缠绕结构,表面处于高弹态,柔性长链之间的相互作用,导致颗粒之间易粘连成团状;包覆后,颗粒表面的多孔状结构已被聚脲甲醛树脂覆盖,表面形貌得到了有效地改良,颗粒之间不易粘连,常温条件下可以长期储存。3聚脲甲醛包覆前后减阻剂的表观形貌以水为分散剂,尿素和甲醛为原料,通过原位聚合法进行反应,制得以聚脲甲醛为壁材的聚α-烯烃减阻剂微胶囊的优化工艺条件:尿素与甲醛的摩尔比为1∶2,聚脲甲醛壁材的加入量为10%,表面活性