作为石油和天然气井支撑剂的硅树脂改性的酚醛树脂的制作方法_2

文档序号:8448727阅读:来源:国知局
在本发明的上下文中,"硅树脂"是指含有D单元和T单元的、任选还含有M单元和 Q单元的有机聚硅氧烷。这些单元的定义如Walter Noll, Chemistry and Technology of Silicones, Academic Press, 1968,第3 页,R3Si01/2(M)、R2Si02/2(D)、RSi0 3/2(T)和Si04/2(Q); 其中R是有机基团,优选烷基、烯基、环烯基、芳基、烷芳基或芳烷基基团,其可任选地被非 干扰性取代基取代,例如氰基、卤素、烷氧基、聚氧烷氧基(polyoxyalkyloxy)等。R也可以 是烷氧基基团或硅基羟基基团,其提供反应性,尤其是与诸如芳基醇/甲醛树脂的带羟基 基团化合物的反应性。在本发明的硅树脂中,烷氧基和/或硅键合羟基基团的存在是必需 的。
[0024] 当M、D和T单元中的R是烷氧基基团-OR1时,R 1是烃基,优选烷基,最优选C 烷 基基团。甲基和乙基基团最优选为R1,因此优选的烷氧基R基团是甲氧基和乙氧基基团。
[0025] 当R不是烷氧基基团或硅键合羟基基团时,其优选为含有1-24个碳原子、更优选 1- 18个碳原子、最优选1-4个碳原子的烷基基团。烷基基团可以是直链、支链或环状的。环 状的烷基基团包括C5_ 6环烷基基团和烷基取代的环烷基基团。实例包括甲基、乙基、正丙基、 2- 丙基、丁基、环己基、甲基环己基、环己基甲基、辛基、异辛基和十二烷基基团。芳基基团, 例如苯基或萘基,以及芳烷基基团如苄基基团、烷芳基基团如甲苯基和二甲苯基基团,也是 优选的。优选的烯基包括乙烯基、烯丙基、2-丙烯基和5-己烯基团。氟烷基基团,如六氟 丙基和全氟丙基,是可用的,但不是优选的,这主要是由于成本的增加。优选的硅树脂中,除 了烷氧基和/或Si-OH基团,还含有甲基和苯基的基团作为R,优选甲基基团。在某些实例 中,R可以是氨烷基基团。优选的氨烷基基团是《-氨烷基基团,其中烷基基团是(^ 6烷基 基团,并且最优选的是3-氨丙基基团和N- (2-氨乙基)_3_氨丙基基团。
[0026] 在本发明中可用的硅树脂包括D和T单元,以及任选的M和Q单元,所有这些单元 合计为100摩尔%。M单元充当链终端,并优选包括三烷氧基甲硅烷氧基、烷基二烷氧基甲 硅烷基和二烷基烷氧基甲硅烷基部分。三烷基甲硅烷基基团也是可用的,特别是在希望减 少烷氧基接触的时候。Q单元也可存在。然而,当存在Q单元时,优选D单元的比例增加, 否则所得到的聚合物对于预定用途可能太脆。基于M、D、Q和T单元的总和,优选存在小于 30摩尔%的Q单元,更优选小于20摩尔%,更优选小于10摩尔%。最优选地,存在低于5 摩尔%的Q单元,尤其是不存在Q单元。T单元优选以30-95摩尔%存在,更优选40-85摩 尔%的量,最优选60-85摩尔%。D单元优选以5-70摩尔%存在,更优选15-60摩尔%,最 优选15-40摩尔%。在上述范围内,相对于T单元来说较高量的D单元增大涂覆的支撑剂 的弹性,反之亦然。
[0027] 因此,本发明的硅树脂是高度支化的交联结构,由于树脂中D单元的存在,其仍具 有弹性体性质。这类树脂是市售的,或可通过硅树脂化学的标准方法制备,例如通过相应 的氯硅烷或烷氧基硅烷的共水解来制备。例如,DT树脂可通过D单元的前体二氯二甲基硅 烷和T单元的前体三氯甲基硅烷的缩合来制备。共水解一般在含水酸性和含醇的介质中进 行,常常在诸如甲苯的有机溶剂的存在下进行,作为共水解条件的结果,所得到的树脂也将 包含硅烷醇基团和/或烷氧基基团。后者基团的量可通过共水解和随后的热处理的条件来 调节。共水解的合适的方法可以在美国专利7737292和8076438中找到,为此目的将其援引 并入本申请中。可用的商业娃树脂是购自Wacker Chemicals, Adrian, Michigan的Silres? SY231。合适的羟基和氨烷基官能的硅树脂是Silres?HP 2000,高T含量树脂是Sikes? MSE100,均可从同一来源购买。
[0028] 有机硅化合物与芳基醇树脂的反应可以通过本领域已知的各种方法来完成,或者 可以通过在有机化学和有机硅化学中已知的方法来完成。例如,合适的方法描述于例如美 国专利5177157、5799705和5864000,将其援引并入本申请中。
[0029] 在一种方法中,如美国专利5177157所举例的,共聚物的硅酮部分是由首先让三 烷氧基硅烷与酚醛清漆或可熔酚醛树脂反应得到的。优选使用化学计量过量的烷氧基基 团。然后水解所得到的硅烷改性的酚醛树脂,通过烷氧基基团的缩合生成硅氧烷键。但是, 并不优选这种方法,因为所得到的共聚物通过最初键合到酚醛树脂的烷氧基甲硅烷基团的 缩合而高度交联,额外的未反应的硅烷的缩合将给硅氧烷提供高比例的T单元和仅仅为低 比例的D单元。然而,这样的方法适用于以下情况:通过三烷氧基硅烷、或者三烷氧基硅烷 和^烷氧基硅烷的混合物实现第一硅烷官能化,在反应后,利用二烷氧基硅烷、^烷氧基娃 烷和任选的单烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷的合适的混合物。在这种情况下,在共聚物中的 硅氧烷部分中的D单元和T单元的数量可以在较宽范围内调整。在这种情况下,结果仍然 是被含有所要求比例的D单元和T单元的有机聚硅氧烷(硅酮)改性的酚醛树脂。单官能 单烷氧基硅烷可以在缩合过程中或之前的缩合完成后加入,作为封端或链终止试剂,其中 在后一种情况下,其可以适度调节聚合物的分子量和交联度,并且,在前后两者的情况下, 可以使所得到的共聚物不易发生进一步的交联,例如,在涂覆的支撑剂注入地质构造之后。 理想地,在涂覆支撑剂颗粒之前,一些残留的Si-OH基团和/或与Si-键合的烷氧基基团保 留在共聚物中,因为这些基团促进与这些颗粒的牢固粘接,降低了聚合物涂层在苛刻条件 下脱落的风险。这个过程可被称为原位共聚物的制备过程。作为这种方法的变形,芳基醇 树脂制备的过程中还可加入硅烷,即苯酚(或甲酚、三聚氰胺等)和甲醛的混合物。作为这 个方法的变形,与诸如甲基三甲氧基硅烷的烷氧基硅烷的初始硅烷化后接着与含Si-OH或 烷氧基基团的低聚或聚合的有机聚硅氧烷反应。
[0030] 为了更可预测地调整共聚物的性质,优选地,代替使用反应性硅烷后接一个或多 个缩合步骤,制备预形成的硅酮聚合物或低聚物,其含有理想比率的D单元和T单元,并且 当需要时,也可含有M和Q单元,这些聚合物或低聚物具有残留的Si-OH或与Si-键合的烷 氧基官能度。除了或代替Si-OH和/或与Si-键合的烷氧基基团,这些硅酮也可以具有其 他易于缩合的基团,例如肟基基团(较不优选)或酰氧基基团,例如乙酰氧基基团。如前文 所示,这类硅树脂的制备是已知的,并且许多是可商购的,具有大范围的官能度、官能团含 量和分子量。
[0031] 因此,优选使用预形成的硅树脂。如前文所述或如美国专利5864000所公开的,通 过原位法可以将硅树脂键合到酚醛树脂,或者如美国专利5864000和美国专利5799705所 公开的,硅树脂可与预形成的酚醛树脂进行反应。
[0032] 芳基醇树脂/硅树脂共聚物中所含的硅树脂的量可在相当宽的范围内变化。在可 接受的范围的下端,该含量是由(注入地质构造后)耐热性、变形性以及不发生原位交联的 数值所决定。在掺入量的高端,限制条件在于过大程度的变形(即太"软"的弹性体)和成 本。基本上酚醛树脂是低成本的商品,而硅烷和硅树脂是更昂贵的。基于总重量(按固体 计算的,或"纯的"聚合物),共聚物中的硅树脂的重量比,无论是通过原位方法或其他方法 制备,优选是在5-50重量%,更优选在5-45重量%,并且最优选掺入量低端介于5与5-15 之间的整数值之间,高端为45-30重量%之间的整数值,当然高端应比低端高。特别优选 10-30重量%的掺入范围。
[0033] 取决于其制备方法,共聚物也可以作为纯液体获得(这是优选的)、作为固体、作 为水分散体或醇分散体
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1