一种阳离子型粘弹性表面活性剂及其构筑方法与流程

本发明涉及表面活性剂化学领域，特别涉及一种阳离子型粘弹性表面活性剂及其构筑方法。

背景技术：

控制流体的流变性和粘弹性是十分重要的，可以防止水相中分散的颗粒和油滴形成沉淀或凝聚为膏状。使水溶液形成粘弹性流体的表面活性剂称为粘弹性表面活性剂，它广泛应用于很多领域如清洁压裂液、钻井液、完井液等。目前不包含复配的表面活性剂体系，已确认的粘弹性表面活性剂主要包括：季铵盐阳离子表面活性剂、甜菜碱、氧化胺型两性表面活性剂等。中国专利105080424A公开了一种阳离子型粘弹性表面活性剂及其制备与应用，所述粘弹性表面活性剂通过将一定比例的长链脂肪酸、二甲胺基丙胺和3-氯-1,2-丙二醇反应得到；中国专利103301780A涉及一种孪头基粘弹性表面活性剂及其合成方法，其技术方案是用长链饱和脂肪酸、β-羟乙基乙二胺、氯乙酸钠作原料两步合成孪头基粘弹性表面活性剂，可用于石油行业酸压作业；中国专利103965861A揭示了一种抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂及其合成方法，以不饱和长链脂肪酸和N,N-二甲基丙二胺合成脂肪酸酰胺基中间体，再与以甲胺和环氧氯丙烷反应合成的氯胺中间体两步合成反应得到抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂。

除此之外，通常的粘弹性表面活性剂溶液还可通过向单头单尾的表面活性剂溶液中加入大量无机盐或有机盐获得。向十六烷基三甲基溴化铵CTAB水溶液中加入有机盐可获得表面活性剂粘弹溶液(Colloids and Surfaces A.2003.218.201-212)，但也存在浓度偏高、成本高昂及不方便应用等缺点。近年来，无盐的表面活性剂/表面活性剂或表面活性剂/有机盐体系是人们日益关注的领域。中国专利103611466A发表了一种无盐表面活性剂粘弹溶液的制备方法，先将市售的普通季铵盐表面活性剂CTAB选用合适的溶剂重结晶后，经过强碱性阴离子交换树脂处理得到相应的十六烷基三甲基季铵碱，再加入水杨酸进行酸碱中和得到所述的粘弹溶液；中国专利104289160A公开了一种光敏可逆粘弹性表面活性剂体系及其应用，其为包含Gemini表面活性剂丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)和光敏反离子偶氮苯-4-苯甲酸的复配物。

然而迄今为止，无论是合成的粘弹性表面活性剂，还是复配的表面活性剂粘弹溶液，均没有涉及在无添加剂的情况下由非表面活性的物质构筑无盐的粘弹性表面活性剂。中国专利105435707A公开了一种在无添加剂的情况下利用反离子耦合方式构筑具有类似浊点现象的阳离子型双子表面活性剂的方法。本发明在中国专利105435707A的基础上进一步扩展其实施范围，试图在无添加剂的情况下利用有机反离子原位中和方式构筑一种阳离子型粘弹性表面活性剂。由于有机离子之间更为强烈的相互作用，该表面活性剂具有一系列独特的性质，如渗透压高，没有静电屏蔽作用，而且由于中和反应生成的是水，不会带入无机盐。因此本发明利用上述原理制备的一种粘弹性表面活性剂具有重要的应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阳离子型粘弹性表面活性剂。本发明的另一目的在于提供上述阳离子型粘弹性表面活性剂的构筑方法。

本发明的阳离子型粘弹性表面活性剂由长链烷基二甲基叔胺和芳香族二元酸两部分原材料构筑。其中长链烷基二甲基叔胺主要包括十烷基二甲基叔胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺、二十烷基二甲基叔胺、二十二烷基二甲基叔胺，优选十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺；芳香族二元酸主要指对苯二甲酸、邻苯二甲酸。

具体构筑方法为：

将一定质量的芳香族二元酸、长链烷基二甲基叔胺分别加入一定质量的超纯水中，加热至50～60℃，在搅拌下维持恒温1小时以上，完成类似酸碱中和反应，直至不溶物完全消失，且得到均匀、澄清透明的水溶液为止，以此方式构筑出一定浓度的外观上透明的阳离子型粘弹性表面活性剂。控制长链烷基二甲基叔胺与芳香族二元酸的摩尔比为1～2:1，优选2:1；所用水为阳离子型表面活性剂质量的10～1000倍。

与传统的单链阳离子表面活性剂、以共价键连接的阳离子型双子表面活性剂不同，本发明的阳离子型粘弹性表面活性剂的构筑不需要复杂的合成与提纯过程，条件温和，温度低，工艺简单，不需要高温高压设备，可以依据应用场合的需求而在线构筑，很有工业化前景。

附图说明

图1是DA14PA的动态粘度图。

图2是DA16p-PA的动态粘度图。

具体实施方式

以下通过实施例来具体说明本发明，但本发明不受这些所限。

实施例1

0.01摩尔的邻苯二甲酸加入到装有200mL去离子水的250mL反应釜中，在搅拌下加热至50℃使其溶解后再逐滴加入0.02摩尔的十四烷基二甲基叔胺，搅拌下维持恒温1小时，在外观上溶液表现为完全透明，说明反应已逐渐完成，这样就以类似原位酸碱中和方式构筑出浓度为0.05mol/L的阳离子型粘弹性表面活性剂DA14PA。图1是DA14PA的粘弹性测试结果，从图1可知，粘性模量和弹性模量的相交是粘弹性表面活性剂的典型流变特征。

实施例2

参照实施例1中的构筑方法和步骤，不同的是0.02摩尔的对苯二甲酸加入到装有200mL去离子水的250mL反应釜中，在搅拌下加热至55℃后再逐滴加入0.04摩尔的十六烷基二甲基叔胺，维持55℃恒温搅拌1小时，在外观上溶液表现为完全透明，说明反应已逐渐完成，这样就以类似原位酸碱中和方式构筑出浓度为0.1mol/L的阳离子型粘弹性表面活性剂DA16p-PA。用纯水稀释后得到浓度为0.075mol/L的阳离子型粘弹性表面活性剂DA16p-PA，分别进行粘弹性测试，结果见图2。从图2可知，粘性模量和弹性模量的相交是粘弹性表面活性剂的典型流变特征。