本发明涉及化合物的制备，具体的说，本发明涉及一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物及其制备和应用。
背景技术：
随着油井产量下降，水驱、各种化学药剂的注入等增产措施导致地层中引入大量成分复杂的外来水，多数造成高矿化度、高碱性水质，严重影响水中各种垢的溶解平衡，使垢更易形成与析出；与此同时，含硫化氢、高矿化度地层水等腐蚀介质使设备腐蚀较为严重，油田结垢与腐蚀是油田生产面临的普遍问题，对油井正常生产造成严重威胁。阻垢剂能够控制泥垢和水垢的产生，是一种用量最大的常用水处理药剂，对防止设备结垢、保证设备安全运行以及降低能源消耗等具有十分重要的意义。缓蚀剂是一种少量加入介质中能够明显降低金属腐蚀速度的防腐化学品，具有经济有效且使用方便的特点，几乎不改变腐蚀环境，不需增加设备投资，缓蚀效果也不会受设备形状的影响，因此，缓蚀剂在石油行业得以广泛应用。随着我国对环保的日益重视，高效、环保，兼具阻垢和缓蚀效果的药剂是未来发展的必然趋势。
因此，研发出一种兼具阻垢、缓蚀和环保特点，并适用于高pH水质的阻垢缓蚀剂对油田安全生产和高效益快速发展具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物；
本发明的另一目的在于提供所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯的制备方法；
本发明的又一目的在于提供一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物；
本发明的又一目的在于提供所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物的制备方法；
本发明的再一目的在于提供所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物，其中，所述共聚物由如下式(I)表示：
其中m为2-40，n为2-40，R为K或Na。
另一方面，本发明还提供了一种式(I)所示环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯制备方法，其中，所述方法包括：将环氧琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀，在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物；其中，以环氧琥珀酸质量用量为1计，丙烯酸羟丙酯用量为0.15-0.23。
所述引发剂可以为本领域同类反应的常规使用的引发剂，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述引发剂为过硫酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，将环氧琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀后，是在80-90℃下加入引发剂，再滴加丙烯酸羟丙酯，然后反应得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯二元共聚物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，引发剂质量用量为环氧琥珀酸钠/钾质量的0.07-0.112倍。
根据本发明一些具体实施方案，其中，滴加丙烯酸羟丙酯，然后反应2-4h得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，丙烯酸羟丙酯滴加速度为2-4s/滴。
所述环氧琥珀酸钠/钾可以市售获得，或者按照现有常规制备方法制备得到，而根据本发明一些具体实施方案，所述方法还包括环氧琥珀酸钠/钾的制备：将琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，环氧琥珀酸钠/钾的制备可以包括：将马来酸酐加入到水中，并混合均匀，加氢氧化钠/钾溶液调节溶液pH为7-8，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸。
其中可以理解的是，本发明所述的催化剂量，是指用量能够发挥催化剂作用、或者能够引发反应的用量。而根据本发明一些具体实施方案，所述催化剂量的钼酸钠/钾质量为琥珀酸钠/钾质量的0.01-0.02倍。
根据本发明一些具体实施方案，其中，滴加完双氧水，是在60-75℃下反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，滴加完双氧水，是反应1-1.5h得到所述环氧琥珀酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，双氧水的滴加速度为3-5s/滴。
根据本发明一些具体实施方案，其中，双氧水质量浓度为30％。
所述双氧水可以市售获得。
根据本发明一些具体实施方案，其中，制备环氧琥珀酸钠/钾时，将琥珀酸钠/钾加入水中后，并混合均匀，然后在45-55℃下加入催化剂量的钼酸钠/钾。
本发明所述的琥珀酸钠/钾可以市售获得，或者按照现有常规制备方法制备得到，而根据本发明一些具体实施方案，所述的琥珀酸钠/钾制备包括：将马来酸酐溶解水中，加入氢氧化钠/钾水溶液调节pH为7-8，得到所述琥珀酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述氢氧化钠/钾水溶液质量浓度为35％-50％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明式(I)所示环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯的制备方法具体包括：将琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾；在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明式(I)所示环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯的制备方法具体包括：将马来酸酐溶解水中，加入氢氧化钠/钾水溶液调节pH为7-8，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾；在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以马来酸酐质量用量为1计，双氧水质量用量为0.9-1.3，丙烯酸羟丙酯质量用量为0.2-0.3。
根据本发明一些具体实施方案，其中，将马来酸酐溶解于水中，加入氢氧化钠/钾水溶液调节pH为7-8后，升温至45-55℃，再加入催化剂量的钼酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，将马来酸酐溶解于水中，加入氢氧化钠/钾水溶液调节pH为7-8后，搅拌2min，再升温至45-55℃。
其中可以理解的是，本发明所述的“钠/钾”指的是钠和/或钾。也就是说，“环氧琥珀酸钠/钾”指的是环氧琥珀酸钠和/或环氧琥珀酸钾；“氢氧化钠/钾”指的是氢氧化钠和/或氢氧化钾。
其中还可以理解的是，所述的“和/或”，是指二者之一、或者二者的混合物；譬如，所述“环氧琥珀酸钠/钾”指的是环氧琥珀酸钠、或环氧琥珀酸钾、或环氧琥珀酸钠和环氧琥珀酸钾的任意比例的混合物。
其中还可以理解的是，当所制备的原料与产物有一一对应关系时，应当根据产物来选择所加入的原料为“钠”、或者“钾”；譬如，对于本发明的“环氧琥珀酸钠”，当所制备的为“环氧琥珀酸钠”时，反应所加入的应为“氢氧化钠”；而制备的为“环氧琥珀酸钾”时，反应所加入的应为“氢氧化钾”。
而对于原料与产物没有一一对应关系时，原料可以用“钠”、也可以用“钾”、或者二者的混合物；譬如，对于本发明的引发剂过硫酸钠/钾，氢氧化钠/钾，钼酸钠/钾，和葡萄糖酸钠/钾。
另一方面，本发明还提供了一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物，其中，所述复配物包括如下重量份成分：前面任意所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物1份、钼酸钠/钾0.0005-0.01份、以及葡萄糖酸钠/钾0.0005-0.02份。
又一方面，本发明还提供了所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物的制备方法，所述制备方法包括，向反应溶剂和环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物的混合溶液中，在搅拌下加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾，反应得到所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，是在20-25℃下，在搅拌下加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾后，反应1-2h得到所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述制备方法包括，将环氧琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀，在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯二元共聚物，再在搅拌下加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾，反应得到所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物；其中，以环氧琥珀酸质量用量为1计，丙烯酸羟丙酯用量为0.15-0.23，钼酸钠/钾为0.023-0.038，葡萄糖酸钠/钾为0.038-0.076。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述制备方法包括，将琥珀酸钠/钾加入到水中，并混合均匀，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾；在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物，再在搅拌下加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾，反应得到所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述制备方法包括，将马来酸酐溶解水中，加入氢氧化钠/钾水溶液调节pH为7-8，加入催化剂量的钼酸钠/钾，混合均匀，滴加双氧水，并在滴加双氧水过程中每隔0.5-1min用氢氧化钠/钾水溶液保持反应溶液pH为7-8，滴毕，反应得到所述环氧琥珀酸钠/钾；在引发剂存在下，滴加丙烯酸羟丙酯，滴毕反应，得到所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物，再在搅拌下加入钼酸钠/钾和葡萄糖酸钠/钾，反应得到所述的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物复配物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以马来酸酐质量用量为1计，双氧水质量用量为0.9-1.3，丙烯酸羟丙酯质量用量为0.2-0.3，钼酸钠/钾质量用量为0.03-0.05，葡萄糖酸钠/钾质量用量为0.05-0.1。
再一方面，本发明还提供了所述环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯在制备缓蚀剂中的应用。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓蚀剂为油水井用缓蚀剂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓蚀剂为油水井用阻垢缓蚀剂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓蚀剂为用于油水井高pH条件的阻垢缓蚀剂。
综上所述，本发明提供了一种环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物及其制备和应用。本发明的方法具有如下优点：
采用本发明的制备方法制取的复配环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯绿色阻垢缓蚀剂对碳酸钙、磷酸钙的阻垢率均达到90％以上，对N80钢的缓蚀率达85％以上，且不含膦、氮，满足油水井阻垢、缓蚀和环保的需要。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
在安装有温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗、冷凝管的250mL四口烧瓶中首先加入20mL去离子水，然后边搅拌边加入9.0g马来酸酐，待马来酸酐完全溶解后，继续在搅拌条件下用35％质量分数(用去离子水配制)的氢氧化钠溶液调节pH为8，并保持搅拌2min；用恒温水浴将烧瓶升温至45℃，加入0.2g催化剂钼酸钠至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％质量分数的双氧水8mL，滴加过程中每隔1min用上述氢氧化钠溶液调节溶液保持pH为7，滴加完毕后，升温至60℃，反应1h。升温至80℃，加入引发剂1.0g过硫酸钠，以2s每滴的速度滴加2.0g丙烯酸羟丙酯，滴加完毕后反应2h。冷却至20℃，搅拌状态下依次加入0.3g钼酸钠，0.5g葡萄糖酸钠，反应1h，得产品。其中在得到的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物中，m为4，n为4。由红外光谱可知，双键峰的消失说明单体在反应中双键已经打开，彼此发生了共聚反应。3440cm-1为-CH2CH(OH)CH3中分子内氢键缔合的O-H伸缩振动吸收峰，1716cm-1为羧基中羰基的伸缩振动峰，1620cm-1为酯基中羰基的伸缩振动吸收峰，1152cm-1为酯中C-O的伸缩振动峰，1113cm-1为环氧琥珀酸中COC的伸缩振动峰，由此可证明合成物质是环氧琥珀酸-丙烯酸羟丙酯的共聚物。
在pH＝9，加药量为12mg/L时，对碳酸钙的阻垢率为94.36％，对磷酸钙的阻垢率为92.32％，对N80钢的缓蚀率为88.7％。
实施例2：
在安装有温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗、冷凝管的250mL四口烧瓶中首先加入35mL去离子水，然后边搅拌边加入10.2g马来酸酐，待马来酸酐完全溶解后，继续在搅拌条件下用50％质量分数(用去离子水配制)的氢氧化钾溶液调节pH为8，并保持搅拌2min；用恒温水浴将烧瓶升温至55℃，加入0.4g催化剂钼酸钠至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％质量分数的双氧水13mL，滴加过程中每隔1min用上述氢氧化钾溶液调节溶液保持pH为8，滴加完毕后，升温至75℃，反应1.5h。升温至90℃，加入引发剂1.5g过硫酸钠，以2s每滴的速度滴加3.0g丙烯酸羟丙酯，滴加完毕后反应4h。冷却至25℃，搅拌状态下依次加入0.5g钼酸钠，1.0g葡萄糖酸钠，反应2h，得产品。其中在得到的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物中，m为5，n为4。由红外光谱可知，双键峰的消失说明单体在反应中双键已经打开，彼此发生了共聚反应。3450cm-1为-CH2CH(OH)CH3中分子内氢键缔合的O-H伸缩振动吸收峰，1717cm-1为羧基中羰基的伸缩振动峰，1623cm-1为酯基中羰基的伸缩振动吸收峰，1154cm-1为酯中C-O的伸缩振动峰，1110cm-1为环氧琥珀酸中COC的伸缩振动峰，由此可证明合成物质是环氧琥珀酸-丙烯酸羟丙酯的共聚物。
在pH＝9，加药量为12mg/L时，对碳酸钙的阻垢率为94.27％，对磷酸钙的阻垢率为92.33％，对N80钢的缓蚀率为88.6％。
实施例3：
在安装有温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗、冷凝管的250mL四口烧瓶中首先加入30mL去离子水，然后边搅拌边加入9.8g马来酸酐，待马来酸酐完全溶解后，继续在搅拌条件下用50％质量分数(用去离子水配制)的氢氧化钠溶液调节pH为8，并保持搅拌2min；用恒温水浴将烧瓶升温至55℃，加入0.3g催化剂钼酸钠至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％质量分数的双氧水12mL，滴加过程中每隔1min用上述氢氧化钠溶液调节溶液保持pH为8，滴加完毕后，升温至70℃，反应1.5h。升温至85℃，加入引发剂1.2g过硫酸钠，以2s每滴的速度滴加2.5g丙烯酸羟丙酯，滴加完毕后反应3h。冷却至25℃，搅拌状态下依次加入0.4g钼酸钠，0.7g葡萄糖酸钠，反应2h，得产品。其中在得到的环氧琥珀酸/丙烯酸羟丙酯共聚物中，m为4，n为3由红外光谱可知，双键峰的消失说明单体在反应中双键已经打开，彼此发生了共聚反应。3448cm-1为-CH2CH(OH)CH3中分子内氢键缔合的O-H伸缩振动吸收峰，1720cm-1为羧基中羰基的伸缩振动峰，1621cm-1为酯基中羰基的伸缩振动吸收峰，1150cm-1为酯中C-O的伸缩振动峰，1115cm-1为环氧琥珀酸中COC的伸缩振动峰，由此可证明合成物质是环氧琥珀酸-丙烯酸羟丙酯的共聚物。
在pH＝9，加药量为12mg/L时，对碳酸钙的阻垢率为94.41％，对磷酸钙的阻垢率为92.39％，对N80钢的缓蚀率为88.7％。