本发明涉及一种聚阴离子纤维素的制备方法，特别涉及一种高粘度聚阴离子纤维素的制备方法。
背景技术：
：聚阴离子纤维素（简称pac），是以天然纤维素为基本原料，经过化学改性得到的一种水溶性的离子型纤维素酶，在石油钻井中是一种重要的泥浆处理剂，用于钻井、完井和国井等方面，起增粘、降滤失、悬浮等作用。由于石油勘探领域的不断扩大及平均钻井深度的日渐增加，对pac的质量要求不断提高，要求pac具有较高的粘度、耐盐性和抗温性。在提高pac质量方面，可采用纤维素粉碎、氮气密封、加大溶媒液比、添加抗氧剂等方法，以达到提高pac粘度、取代度和取代基分布均一性的目的。目前科学研究主要方向是采用微交联的方式来提高pac的性能。国内对于采用硼酸盐，铝盐，环氧氯丙烷等作为交联剂用于聚阴离子纤维素的微交联方面己经有了很多的报道，不过这些交联剂在提高聚阴离子纤维素质量方面和应用性能方法都有各自的缺陷，不能满足人们对聚阴离子纤维素的质量的高要求。现有技术中采用铝盐以及有机钛[油田化学，1988，5(3)：171-176]对聚阴离子纤维素进行微交联，但该技术不仅要将聚阴离子纤维素形成高分子溶液，而且要加入铝盐螯合剂，所以该技术不够方便；环氧氯丙烷[textileresearchjournal,1974,44:946-952]作为交联剂，其交联反应需在较高温度下进行，并且反应时间长，反应程度不易控制；利用酯化反应，多元羧酸与纤维素交联[textileresearchjoumal,1965,35:260-277]，具有代表性的是1,2,3,4-丁基四羧酸，顺丁烯二酸，丙二酸等，因为羧甲基纤维素的生产过程必需在强碱性条件，只能在洗涤后的成品聚阴离子纤维素才能交联酸类交联剂。综上，这些交联剂在提高聚阴离子纤维素的质量方面都有各自的缺陷。技术实现要素：本发明的目的在于提出一种高粘耐温聚阴离子纤维素的制备方法，以解决现有制备方法得到的聚阴离子纤维素粘度低、滤失量高、耐温性不够的问题。本发明通过以下技术方案解决上述问题，达到本发明的目的。一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，该制备方法以精制棉为纤维素原料，其中包括的步骤有：（a）纤维素的碱化；（b）纤维素的醚化；（c）中和洗涤；（d）产品的后处理。所述制备方法还包括接微交联反应步骤，所述微交联反应步骤在所述步骤（b）和步骤（c）之间进行，所述微交联反应步骤是将交联剂n,n-二甲基丙烯酰胺加入到纤维素中进行微交联反应。本发明所述的精制棉是由碳、氢、氧3种元素组成，其组成的质量比:碳44.4%%、氢6.17%、氧49.39%，其化学成分是纤维素、木质素和半纤维素。本发明选择反应原料为聚合度dp≥2400，m1000的精制棉，并在在反应步骤（a）、步骤（b）以及微交联反应过程中，通n2保护纤维素。本发明所述制备方法中碱化反应的温度15-40℃，碱化时间为1.5h，氢氧化钠水溶液的浓度为40-50%。醚化反应过程中醚化剂氯乙酸用量与精制棉的质量比为1.1-1.3：1；醚化分为两步进行，第一步在50℃下维持1h，第二步在75℃下维持1-2h。本发明所述微交联反应的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵其中的一种，其微交联反应温度控制在65-75℃，所述微交联反应的时间控制在3-4h，所述交联剂用量为精制棉质量的0.75-1.5%。本发明选择了n,n-二甲基丙烯酰胺作为聚阴离子纤维素的交联剂对其进行微交联改性。n,n-二甲基丙烯酰胺作为一种耐温抗盐单体，具有较高反应活性，与纤维素的羟基反应后，可以提高聚阴离子纤维素取代度以及其粘度，并且有效提高了聚阴离子纤维素的应用性能，特别是在聚阴离子纤维素的滤失量和耐温性。本发明的优点在于，选用n,n-二甲基丙烯酰胺作为交联剂对纤维素进行微交联改性，改性方法简单易行，具有一定工业应用前景。改性后的聚阴离子纤维素性能优良，较改性前在溶液粘度、滤失量以及耐温性能有较明显提高。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。以下实施例采用的原料均为m1000，聚合度dp=2650的精制棉，并经过初步粉碎处理。聚阴离子纤维素的取代度采用《钻井液材料规范iso13500：2006》中方法进行测试；表观粘度和滤失量采用《钻井液材料规范gb/t5005-2010》中方法进行测试。耐温性测试方法如下：配制3%浓度的样品溶液，在150℃热滚16h，用六速旋转粘度计测试热滚前与热滚后的溶液表观粘度，用以下公式计算粘度保留率。粘度保留率越高，样品的耐温性能越好。粘度保留率=热滚前表观粘度/热滚后表观粘度对比例一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，具体操作方法如下：（1）纤维素的碱化：在捏合机中将1500g浓度为40%（w/w）的氢氧化钠水溶液、1800g浓度为92%（v/v）的乙醇水溶液，一起放入捏合机混合20min，冷却降温至15℃，将经初步粉碎处理的1000g精制棉纤维素投入捏合机中，进行碱化反应1.5h后得到碱纤维素。（2）纤维素的醚化：在20-30min内通过喷淋的方式将1100g氯乙酸（配制成浓度为50%的水溶液）与碱纤维素混合，在50℃下醚化反应1h，再升温至75℃醚化反应1h。反应全过程中进行n2保护。（3）产品的后处理：反应完成后冷却至50℃以下，将产物与浓度为70%（v/v）的乙醇水溶液混合，加入冰醋酸调节ph值至中性，进行洗涤和离心的操作3次，洗涤时采用浓度为80%（v/v）的乙醇水溶液作为洗涤剂，并采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行离心、干燥、粉碎，得到最终产品。实施例1一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，具体操作方法如下：（1）纤维素的碱化：在捏合机中将1500g浓度为40%（w/w）的氢氧化钠水溶液、1800g浓度为92%（v/v）的乙醇水溶液，一起放入捏合机混合20min，冷却降温至15℃，将经初步粉碎处理的1000g精制棉纤维素投入捏合机中，进行碱化反应1.5h后得到碱纤维素。（2）纤维素的醚化：在20-30min内通过喷淋的方式将1100g氯乙酸（配制成浓度为50%的水溶液）与碱纤维素混合，在50℃下醚化反应1h，再升温至75℃醚化反应1h。（3）纤维素的交联：将7.5gn,n-二甲基丙烯酰胺与0.0075g过硫酸钾溶于95%（v/v）的乙醇水溶液，通过喷淋的方式加入捏合机中，将温度控制在65℃反应3h。反应全过程中进行n2保护。（4）产品的后处理：反应完成后冷却至50℃以下，将产物与浓度为70%（v/v）的乙醇水溶液混合，加入冰醋酸调节ph值至中性，进行洗涤和离心的操作3次，洗涤时采用浓度为80%（v/v）的乙醇水溶液作为洗涤剂，并采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行离心、干燥、粉碎，得到最终产品。实施例2一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，具体操作方法如下：（1）纤维素的碱化：在捏合机中将1500g浓度为50%（w/w）的氢氧化钠水溶液、1800g浓度为92%（v/v）的乙醇水溶液，一起放入捏合机混合20min，冷却降温至40℃，将经初步粉碎处理的1000g精制棉纤维素投入捏合机中，进行碱化反应1.5h后得到碱纤维素。（2）纤维素的醚化：在20-30min内通过喷淋的方式将1300g氯乙酸（配制成浓度为50%的水溶液）与碱纤维素混合，在50℃下醚化反应1h，再升温至75℃醚化反应2h。（3）纤维素的交联：将15gn,n-二甲基丙烯酰胺与0.03g过硫酸铵溶于95%（v/v）的乙醇水溶液，通过喷淋的方式加入捏合机中，将温度控制在75℃反应4h。反应全过程中进行n2保护。（4）产品的后处理：反应完成后冷却至50℃以下，将产物与浓度为70%（v/v）的乙醇水溶液混合，加入冰醋酸调节ph值至中性，进行洗涤和离心的操作3次，洗涤时采用浓度为80%（v/v）的乙醇水溶液作为洗涤剂，并采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行离心、干燥、粉碎，得到最终产品。实施例3一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，具体操作方法如下：（1）纤维素的碱化：在捏合机中将1500g浓度为45%（w/w）的氢氧化钠水溶液、1800g浓度为92%（v/v）的乙醇水溶液，一起放入捏合机混合20min，冷却降温至30℃，将经初步粉碎处理的1000g精制棉纤维素投入捏合机中，进行碱化反应1.5h后得到碱纤维素。（2）纤维素的醚化：在20-30min内通过喷淋的方式将1200g氯乙酸（配制成浓度为50%的水溶液）与碱纤维素混合，在50℃下醚化反应1h，再升温至75℃醚化反应1.5h。（3）纤维素的交联：10gn,n-二甲基丙烯酰胺与0.015g过硫酸钾溶于95%（v/v）的乙醇水溶液，通过喷淋的方式加入捏合机中，将温度控制在70℃反应3.5h。反应全过程中进行n2保护。（4）产品的后处理：反应完成后冷却至50℃以下，将产物与浓度为70%（v/v）的乙醇水溶液混合，加入冰醋酸调节ph值至中性，进行洗涤和离心的操作3次，洗涤时采用浓度为80%（v/v）的乙醇水溶液作为洗涤剂，并采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行离心、干燥、粉碎，得到最终产品。实施例4一种高粘耐温低滤失量的聚阴离子纤维素的制备方法，具体操作方法如下：（1）纤维素的碱化：在捏合机中将1500g浓度为47%（w/w）的氢氧化钠水溶液、1800g浓度为92%（v/v）的乙醇水溶液，一起放入捏合机混合20min，冷却降温至20℃，将经初步粉碎处理的1000g精制棉纤维素投入捏合机中，进行碱化反应1.5h后得到碱纤维素。（2）纤维素的醚化：在20-30min内通过喷淋的方式将1150g氯乙酸（配制成浓度为50%的水溶液）与碱纤维素混合，在50℃下醚化反应1h，再升温至75℃醚化反应2h。（3）纤维素的交联：将12gn,n-二甲基丙烯酰胺与0.024g过硫酸铵溶于95%（v/v）的乙醇水溶液，通过喷淋的方式加入捏合机中，将温度控制在75℃反应3h。反应全过程中进行n2保护。（4）产品的后处理：反应完成后冷却至50℃以下，将产物与浓度为70%（v/v）的乙醇水溶液混合，加入冰醋酸调节ph值至中性，进行洗涤和离心的操作3次，洗涤时采用浓度为80%（v/v）的乙醇水溶液作为洗涤剂，并采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行离心、干燥、粉碎，得到最终产品。表1聚阴离子纤维素性能取代度表观粘度/mpa.s滤失量/ml粘度保留率/%对比例1.124816.253实施例11.345610.665实施例21.36559.276实施例31.43588.482实施例41.465211.063当前第1页12