[發明專利]一類季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系

有效

• 申請號: 201410526673.0
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104370753A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 葉仲斌;宋佳蓉;陳洪;張軒;蔣金芳;肖林
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C07C211/63
• 分類號: C07C211/63;C07C209/12;C09K8/035;C09K8/68;C09K8/584
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及一類季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系，特別是涉及一種季銨型陽離子表面活性劑，將其與氯化鈉或水楊酸鈉、順丁烯二酸酐復配，得到粘彈性隨pH變化而大幅改變的粘彈性表面活性劑體系。

背景技術

粘彈性表面活性劑是通常是由表面活性劑自組裝所形成的柱狀膠束，它們可以變得十分細長、靈活，并能相互纏繞形成瞬態網絡結構。在某個臨界濃度以上，粘彈性表面活性劑相互纏繞，形成一個動態的可逆網絡，不斷地斷裂和重組，從而賦予溶液粘彈性，其效果類似于聚合物，因此，它們也被稱為“活聚合物”或“平衡聚合物”。憑借其獨特的流變特征，粘彈性表面活性劑被廣泛地應用于清潔壓裂、礫石充填、減阻等方面。

粘彈性表面活性劑系統可以由陽離子、陰離子、兩性離子或非離子表面活性劑組成。也有研究涉及陽離子和陰離子表面活性劑的混合體系，以及二聚兩性離子表面活性劑溶液體系。在過去報道的關于粘彈性表面活性劑的文獻中，有很多報道都是關于十六烷基三甲基鹵化物及其衍生物的研究，它們都是在加入有機反離子鹽(如水楊酸、甲苯磺酸鹽或二氯代苯鹽等)的情況下形成了粘彈性表面活性劑。

在粘彈性表面活性劑方面，當前的研究熱點就是智能粘彈性表面活性劑。具體說來，智能粘彈性表面活性劑結構和性能可以動態地改變以應對環境變化的需求。目前，研究人員已經研究了由電流、紫外(UV)/(Vis)可見光線、溫度、pH值作為觸發開關的智能粘彈性表面活性劑體系。

大多數關于粘彈性表面活性劑的文獻都關注于傳統陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CATB)與有機反離子鹽的研究，本發明關注于另一種季銨型陽離子表面活性劑的合成以及基于此類表面活性劑的粘彈性表面活性劑體系的開發。此種表面活性劑具有與CATB類似的結構(季銨基團)，并且帶有能夠實現pH響應的基團(氨基)。

本發明所涉及的是一類季銨型陽離子表面活性劑的合成，以及基于該類表面活性劑的一系列以pH值作為觸發開關的智能粘彈性表面活性劑的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一類季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系，通過將季銨型陽離子表面活性劑與反離子鹽、順丁烯二酸酐復配，得到粘彈性隨pH變化而大幅改變的粘彈性表面活性劑體系。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

一類季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系，通過以下方法制備：

首先合成N-烷基-N，N-二甲基乙二胺(碳原子數為12-22)：在中性條件下，讓碳原子數為12-22的長鏈烷基叔胺與2-氯乙胺鹽酸鹽，按1:1的摩爾比在乙醇中進行反應，反應溫度為70℃，得N-烷基-N，N-二甲基乙二胺，其結構式如下：

合成路線為一步反應，反應方程式如下：

再將N-烷基-N，N-二甲基乙二胺與氯化鈉(或水楊酸鈉)、順丁烯二酸酐復配，形成粘彈性溶液，即季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系。

一類季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系，其制備依次包括以下步驟：

(1)將2-氯乙胺鹽酸鹽溶于乙醇中，加入碳酸鈉調節溶液pH為中性，加入碳原子數為12-22的長鏈烷基叔胺，使2-氯乙胺鹽酸鹽和長鏈烷基叔胺摩爾比為1:1，調節溫度為70℃,油浴反應6h，過濾溶液，除去反應過程中生成的鹽，再將濾液減壓蒸餾以除去溶劑乙醇，得到淡黃色固體，用丙酮進行重結晶，得到白色膏狀固體，即為季銨型陽離子表面活性劑N-烷基-N，N-二甲基乙二胺；

(2)將季銨型陽離子表面活性劑、順丁烯二酸酐和反離子鹽復配，其中季銨型陽離子表面活性劑為主劑，順丁烯二酸酐和反離子鹽為助劑。復配體系中季銨型陽離子表面活性劑和順丁烯二酸酐的摩爾比為2：1，反離子鹽與季銨型陽離子表面活性劑的摩爾比可在1:2-3:1的范圍內變化，將三種物質配成混合水溶液，總濃度控制在2-6質量％之間，攪拌均勻，即得季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系。

所述反離子鹽包括以水楊酸鈉為代表的有機反離子鹽和以氯化鈉或氯化鉀為代表的無機反離子鹽。

由季銨型陽離子表面活性劑、順丁烯二酸酐和無機反離子鹽組成的粘彈性表面活性劑體系需用鹽酸或氫氧化鈉調節溶液的pH值<7.5。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明所述季銨型陽離子粘彈性表面活性劑體系具有pH開關功能，在合適的pH范圍內能夠實現粘彈性的突變，其合成方法反應條件溫和，原料易得，分離提純方法簡單，有望用于油氣田開發、清潔壓裂、減阻等方面，具有廣闊的市場前景。

附圖說明