[發(fā)明專利]一種大晶面間距的有機(jī)粘土及其生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610053343.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN105753004B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪昌秀;梅宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢華礦膠體化學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): C01B33/44
• 分類號(hào): C01B33/44
• 代理公司: 荊門市首創(chuàng)專利事務(wù)所42107
• 代理人: 裴作平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有機(jī)粘土的組成和生產(chǎn)工藝，特別涉及一種有機(jī)累托石及其生產(chǎn)方法。同時(shí)，本發(fā)明也涉及一種石油、天然氣、地礦、建筑工程等行業(yè)用于鉆井液、完井液的膠體材料。

背景技術(shù)

一、大晶面間距的有機(jī)粘土的實(shí)現(xiàn)途徑

有機(jī)粘土在工業(yè)上可廣泛應(yīng)用于石油鉆井液、涂料、聚合物納米復(fù)合材料及其它的精細(xì)化工領(lǐng)域。經(jīng)過有機(jī)化改性的粘土，其原有晶面間距變大。在鉆井液、流變劑等領(lǐng)域，膠體體系的懸浮性、流變性與有機(jī)粘土的晶面間距正相關(guān)。在聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，有機(jī)粘土的晶面間距越大，粘土相越容易剝離成片狀分散至聚合物基體之中，從而提高材料性能。

有機(jī)粘土的組分一般由粘土原料、有機(jī)改性劑構(gòu)成，組分中有時(shí)還需添加一些助劑，以促進(jìn)有機(jī)化反應(yīng)，或提高應(yīng)用性能。

現(xiàn)有有機(jī)粘土的原料以膨潤(rùn)土類為主。膨潤(rùn)土的主要成分為蒙脫石。依蒙脫石層間陽離子的不同類型，其晶面間距d[001]一般為1.2～1.5nm；若無層間陽離子，d[001]則為0.96nm。有機(jī)膨潤(rùn)土的d[001]可以達(dá)到2nm以上。

增大晶面間距的途徑有二。一條途徑是選擇分子量更大的適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)改性劑，如雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽能提供更大的分子量，遺憾的是，世界上已知的粘土礦藏中，只有少數(shù)礦藏適合于用雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽有機(jī)改性，大部分膨潤(rùn)土不適合雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽有機(jī)改性；另一條途徑是選擇初始晶面間距更大的粘土，累托石的d[001]為2.2～2.7nm，是已知的各種粘土中原始晶面間距最大的粘土礦物之一，以其為原料制備有機(jī)粘土是提高晶面間距的有效途徑。

專利02115758.8公開了一種有機(jī)復(fù)合累托石及其制備方法，其中的有機(jī)累托石由累托石、有機(jī)插層劑(如長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽、己二酸己二胺或碳原子數(shù)6～12的氨基酸)、質(zhì)子化劑組成。所謂有機(jī)插層劑即為有機(jī)改性劑。例如，所稱的長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽插層劑為十六烷基胺、十六烷基三甲基胺(原文如此)或碳原子數(shù)為12～18的其它長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽，為單長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽，每100份累托石加入的有機(jī)插層劑最多可至30份。即使采用純度90%以上的累托石為原料，制得的有機(jī)累托石晶面間距d[001]最高僅能達(dá)到3.8～4.1nm。

專利02115876.2公開了一種用于合成納米復(fù)合材料的累托石/有機(jī)復(fù)合物及其制備方法，其有機(jī)累托石復(fù)合物由累托石與胺或胺鹽、氨基酸、內(nèi)酰胺、二胺二酸鹽類等有機(jī)單體或有機(jī)單體和質(zhì)子化試劑發(fā)生離子交換反應(yīng)制成。據(jù)文獻(xiàn)“累托石在聚合物納米復(fù)合材料中的應(yīng)用”(《工程塑料應(yīng)用》2004年，第32卷，第1期)報(bào)道，應(yīng)用該技術(shù)，經(jīng)有機(jī)陽離子交換反應(yīng)所制得的高純累托石/有機(jī)復(fù)合物的晶面間距d[001]由2.2616nm提高到4.2924nm。

上述兩個(gè)專利中有機(jī)累托石由粘土/有機(jī)改性劑/質(zhì)子化劑三種組分或粘土/有機(jī)改性劑兩種組分構(gòu)成，其中的有機(jī)改性劑不包括雙長(zhǎng)鏈烷基的季銨鹽，改性劑分子量尚不足夠高，其有機(jī)化產(chǎn)物不易獲得更大的晶面間距。

作為以超大分子量為有機(jī)改性劑制備有機(jī)累托石的例子，專利200610124484.6公開了一種殼聚糖季銨鹽/累托石納米復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料實(shí)質(zhì)上是一種有機(jī)累托石，基本組成為殼聚糖季銨鹽和累托石，以殼聚糖季銨鹽為有機(jī)改性劑，插層后累托石晶面間距d[001]在2.9nm～3.5nm之間。另一個(gè)有關(guān)殼聚糖季銨鹽類有機(jī)改性劑的涉及有機(jī)累托石的專利是200910213896.0，所用有機(jī)改性劑為羧甲基殼聚糖季銨鹽，其有機(jī)累托石的晶面間距d[001]在4.2nm～4.72nm之間。但是，殼聚糖類季銨鹽的成本高昂，其有機(jī)累托石產(chǎn)品定位于醫(yī)藥材料、生物材料，不具備在石油鉆井、涂料、工程塑料、橡膠等領(lǐng)域應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。

專利201010258856.0、專利201510893277.6、專利201511005536.3公開了幾種不同的油基鉆井液用有機(jī)累托石及其生產(chǎn)方法，其中的有機(jī)累托石都是由累托石和單長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽構(gòu)成，其權(quán)利要求、發(fā)明內(nèi)容闡明了所用季銨鹽改性劑的通名為m-烷基三甲基鹵化銨或n-烷基二甲基芐基鹵化銨。因此，就有機(jī)改性劑分子量的對(duì)比而言，其有機(jī)化產(chǎn)物不易獲得更大的晶面間距。