聚阴离子纤维素产品的改性研究
发布时间：2024-4-1
游览量：236
泰安赛露纤维素醚工业技术研究所
邸勇 刘传荣
摘要：油田钻井液处理剂-聚阴离子纤维素（Poly-Anionic Cellulose）是一种特殊加工的羧甲基纤维素产品，是目前比较适合的增稠剂和降滤失剂，通过对其高分子改性的研究，对高分子结构中的剩余羟基进行阳离子改性、磺酸基改性，来提高聚阴离子纤维素产品的抗二价离子（Ca++）的能力和耐温性（140-180℃）
关键词：聚阴离子纤维素、制备、磺酸基、改性、抗温性
背景资料：聚阴离子纤维素产品在国外有二十多年的历史，主要的生产企业有：HERCULES、AKZO-NOBEL、BAYER、DRLLSPEC、TELNIFE通过不断地创新发展，已经完成了产品的系列化、标准化，针对深井钻探、高含盐地质钻探都有相应的产品。
我们国内生产的聚阴离子纤维素都是离子型纤维素醚的初始产品，受离子型纤维素醚高分子结构的影响，其耐二价离子的能力一般在200-600ppm，耐温性一般在100-130℃，这样在高钙地质和深井钻探中就会影响其使用效果甚至导致失效，所以说对聚阴离子纤维素产品的改性研究就显得尤为重要。
1、聚阴离子纤维素制备：
聚阴离子纤维素是经过特殊工艺加工而成的羧甲基纤维素，不论是反应体系还是反应设备都有很大的突破，性能上有很大的提高(尤其是耐盐性)，这也是为什么国外把它单独命名的原因。
反应体系：制备聚阴离子纤维素常用的反应体系主要有：低浴比反应体系：浴比一般在3-5倍；高浴比反应体系：浴比一般在8-12倍，反应溶剂一般为异丙醇、正丁醇、乙醇的复合体系，而并非普通捏合工艺中只有乙醇。
反应设备：制备聚阴离子纤维素常用的设备主要有：卧式犁刀反应器（主要适用于低浴比反应体系）和立式反应釜（主要适用于高浴比反应体系）
2、聚阴离子纤维素的磺酸基复合改性
聚阴离子纤维素属于阴离子（羧甲基）基团，取代天然纤维素高分子中羟基上的氢原子，而得到的一种阴离子型纤维素醚，其高分子结构中含有大量的羧羧酸钠，在钻井液体系中就会电离出羧基（COO-），这些羧基会和钻井地质中的二价钙离子形成絮凝，降低其效果，严重的甚至导致失效；在淡水溶液中耐温性一般可以达到130℃以上，但是在盐水溶液中耐温性会相应的降低，一般在90-120℃，所以在钻井深度超过4000米时使用会有所限制。
通过大量试验发现：经过交联和磺酸基改性后的聚阴离子纤维素产品，耐二价钙离子、或高价离子的能力有明显提高，耐温性有了大幅度提高。
改性方法：
常用的改性方法有：
a、交联改性：就是对聚阴离子纤维素高分子链间的剩余羟基进行部分交联，增加高分子的刚性。
常用的交联剂有：醛类、环氧化合物。
b、磺酸基改性：在聚阴离子纤维素高分子中引入磺酸基，常用的改性剂有：亚硫酸、亚硫酸盐、氯磺酸等。
改性温度：亚硫酸、亚硫酸盐改性温度一般在120-180℃；氯磺酸的改性温度一般在60-100℃可以明显提高产品的耐温性，其机理不明。
3、实验数据
A、耐二价钙离子(以钙离子为例)
改性后聚阴离子纤维素耐二价离子的能力可以达到800-1500ppm
B、耐温性：改性前后PAC耐温性对照表（1.2%溶液）
温度 ￠600 ￠300 AV PV YP
初始PAC （25℃） 165 119 82.5 46 37.3
118℃ 95 58 47.5 37 10.7
改性后PAC 135℃ 100 76 65 42 28
从对比表可以看出经过复合改性的聚阴离子纤维素产品在135℃时的性能明显优于改性前118℃时的性能。
4、结论：
试验表明：经过部分子磺酸基改性后的聚阴离子纤维素产品，高分子结构中增加了磺酸基，具有结合高价离子的能力，有很强的“抗离子干扰”的能力，可以有效地抑制二价钙离子（或高价离子）对羧基的絮凝作用，同时在钻井泥浆中的稳定性也有相应的提高。
邸勇 刘传荣
摘要：油田钻井液处理剂-聚阴离子纤维素（Poly-Anionic Cellulose）是一种特殊加工的羧甲基纤维素产品，是目前比较适合的增稠剂和降滤失剂，通过对其高分子改性的研究，对高分子结构中的剩余羟基进行阳离子改性、磺酸基改性，来提高聚阴离子纤维素产品的抗二价离子（Ca++）的能力和耐温性（140-180℃）
关键词：聚阴离子纤维素、制备、磺酸基、改性、抗温性
背景资料：聚阴离子纤维素产品在国外有二十多年的历史，主要的生产企业有：HERCULES、AKZO-NOBEL、BAYER、DRLLSPEC、TELNIFE通过不断地创新发展，已经完成了产品的系列化、标准化，针对深井钻探、高含盐地质钻探都有相应的产品。
我们国内生产的聚阴离子纤维素都是离子型纤维素醚的初始产品，受离子型纤维素醚高分子结构的影响，其耐二价离子的能力一般在200-600ppm，耐温性一般在100-130℃，这样在高钙地质和深井钻探中就会影响其使用效果甚至导致失效，所以说对聚阴离子纤维素产品的改性研究就显得尤为重要。
1、聚阴离子纤维素制备：
聚阴离子纤维素是经过特殊工艺加工而成的羧甲基纤维素，不论是反应体系还是反应设备都有很大的突破，性能上有很大的提高(尤其是耐盐性)，这也是为什么国外把它单独命名的原因。
反应体系：制备聚阴离子纤维素常用的反应体系主要有：低浴比反应体系：浴比一般在3-5倍；高浴比反应体系：浴比一般在8-12倍，反应溶剂一般为异丙醇、正丁醇、乙醇的复合体系，而并非普通捏合工艺中只有乙醇。
反应设备：制备聚阴离子纤维素常用的设备主要有：卧式犁刀反应器（主要适用于低浴比反应体系）和立式反应釜（主要适用于高浴比反应体系）
2、聚阴离子纤维素的磺酸基复合改性
聚阴离子纤维素属于阴离子（羧甲基）基团，取代天然纤维素高分子中羟基上的氢原子，而得到的一种阴离子型纤维素醚，其高分子结构中含有大量的羧羧酸钠，在钻井液体系中就会电离出羧基（COO-），这些羧基会和钻井地质中的二价钙离子形成絮凝，降低其效果，严重的甚至导致失效；在淡水溶液中耐温性一般可以达到130℃以上，但是在盐水溶液中耐温性会相应的降低，一般在90-120℃，所以在钻井深度超过4000米时使用会有所限制。
通过大量试验发现：经过交联和磺酸基改性后的聚阴离子纤维素产品，耐二价钙离子、或高价离子的能力有明显提高，耐温性有了大幅度提高。
改性方法：
常用的改性方法有：
a、交联改性：就是对聚阴离子纤维素高分子链间的剩余羟基进行部分交联，增加高分子的刚性。
常用的交联剂有：醛类、环氧化合物。
b、磺酸基改性：在聚阴离子纤维素高分子中引入磺酸基，常用的改性剂有：亚硫酸、亚硫酸盐、氯磺酸等。
改性温度：亚硫酸、亚硫酸盐改性温度一般在120-180℃；氯磺酸的改性温度一般在60-100℃可以明显提高产品的耐温性，其机理不明。
3、实验数据
A、耐二价钙离子(以钙离子为例)
改性后聚阴离子纤维素耐二价离子的能力可以达到800-1500ppm
B、耐温性：改性前后PAC耐温性对照表（1.2%溶液）
温度 ￠600 ￠300 AV PV YP
初始PAC （25℃） 165 119 82.5 46 37.3
118℃ 95 58 47.5 37 10.7
改性后PAC 135℃ 100 76 65 42 28
从对比表可以看出经过复合改性的聚阴离子纤维素产品在135℃时的性能明显优于改性前118℃时的性能。
4、结论：
试验表明：经过部分子磺酸基改性后的聚阴离子纤维素产品，高分子结构中增加了磺酸基，具有结合高价离子的能力，有很强的“抗离子干扰”的能力，可以有效地抑制二价钙离子（或高价离子）对羧基的絮凝作用，同时在钻井泥浆中的稳定性也有相应的提高。
上一篇：淀粉组分的分离
