一種油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種在油品減阻劑制備復(fù)合材料的過程中納米二氧化硅粒子的表面處理方法，屬于管道化學添加劑領(lǐng)域中復(fù)合油品減阻劑后處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]油品減阻劑是一種高分子聚合物，可以通過分子鏈的彈性形變來降低油品流動中摩擦能量損失，減小流動阻力，實現(xiàn)減阻增輸?shù)男ЧＳ推窚p阻劑能夠在在原管線達到最大輸量后不添加增輸設(shè)備時，增加輸量；或在維持輸量不變的情況下，降低輸油管線的運行壓力，減少安全風險。油品減阻劑具有成本低、起效快、減阻明顯和靈活簡便的特點，可以實現(xiàn)輸量調(diào)節(jié)、降低管輸壓力，最終實現(xiàn)油品的安全、高效、經(jīng)濟輸送。
[0003]經(jīng)歷了多年的研究和發(fā)展，最初的表面活性劑類減阻劑已經(jīng)被以聚α烯烴為代表的高聚物減阻劑所取代。通過在油品中注入少量的高聚物減阻劑，利用高分子鏈的彈性形變來減少油品流動中摩擦能量損失，降低流動阻力，實現(xiàn)減阻增輸?shù)男Ч?。一般高聚物的分子量越大，非結(jié)晶程度越高則減阻效果越好。但目前分子量達到數(shù)百萬的高分子聚合物極易因分子鏈的斷裂使其分子量減小而失去減阻功能一剪切降解，并且這類降解屬性是永久性、不可逆的，所以油品流經(jīng)高剪切環(huán)境(如層流邊界層、泵、彎頭等速度梯度較大或湍流波動較大的環(huán)境)后，需再補充減阻劑以維持相應(yīng)的減阻效果。
[0004]近些年，隨著復(fù)合材料理論和實踐的發(fā)展，通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)合，可以改善材料固有特性，增加材料的功能特性等。其中以無機或有機的微觀粒子與聚合物進行復(fù)合，制備聚合物基微觀復(fù)合材料，利用微觀粒子如納米粒子具有納米尺度效應(yīng)、宏觀量子效應(yīng)、隧道效應(yīng)、大的比表面積以及強的界面相互作用，提高聚合物的機械強度、剛性、提高熱變形溫度、改善加工性能等。還可以通過選擇具有功能性的粒子，使材料表現(xiàn)出許多特殊功能性。聚合材料中的聚烯烴是化學惰性聚合物，很難實現(xiàn)將表面大多帶有大量極性基團的無機或有機微觀粒子以均勻的尺度、穩(wěn)定地分散在聚烯烴基體中來制備納米復(fù)合材料；同時，非極性的聚烯烴基體與分散的高度極性粒子之間產(chǎn)生強的界面相互作用也是需要解決的關(guān)鍵因素。
[0005]基于聚合物基復(fù)合材料性能增強和功能化效應(yīng)，采用聚α烯烴為聚合物基體與無機納米粒子或?qū)訝罟杷猁}合成微觀復(fù)合材料，利用納米粒子提高有機分子鏈的剛性，促進有機分子鏈的伸展和抗剪切性能；利用有機分子基體增強復(fù)合材料的油溶性，促進復(fù)合材料的快速分散起效。微觀粒子(納米粒子)不僅可以使聚合物的強度、剛性、韌性等力學性能得到明顯改善，而且可以提高材料多種功能特性。微觀粒子同聚合物基體形成的復(fù)合材料是一種十分經(jīng)濟、有效的提高聚合物性能的方法，具有廣闊的前景。
[0006]如何對無機納米粒子進行表面處理以減少其團聚、增強與高聚物的混合效果，是制備復(fù)合油品減阻劑的關(guān)鍵問題，直接關(guān)系到復(fù)合油品減阻劑的增強增韌效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法。
[0008]本發(fā)明所述的油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法，其包括:機械分散、硅烷偶聯(lián)劑改性與包覆、溶劑分散處理。
[0009]機械分散:將二氧化硅分散液置于超聲環(huán)境中，開啟超聲處理，分批次溶入納米二氧化硅粒子，至溶液澄清，無明顯沉淀。
[0010]硅烷偶聯(lián)劑改性與包覆:將復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水按照一定比例混合后，分批次加入二氧化硅分散液中，在一定溫度下攪拌一定時間，低溫冷藏。
[0011 ] 溶劑分散處理:將二氧化硅分散液多次離心處理，提純之后溶入正庚烷，恒溫攪拌下分批次加入復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑。
[0012]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于選用的納米二氧化硅的比表面積為640m2/g，初級粒徑為10nm。
[0013]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于二氧化硅分散液為N-甲基吡咯烷酮與正庚烷按照質(zhì)量比10:1?10:3的比例配制??? 。
[0014]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于機械分散過程中超聲處理的波頻率為25khz，超聲時間30min?60min。
[0015]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于分批次溶入定量納米二氧化硅粒子的過程為:將納米二氧化硅分5次加入，加入的質(zhì)量比順序為40%、30%、15%、10%、5%，每次間隔5min?lOmin，加入納米二氧化硅總量與分散液的質(zhì)量比為3:10?5:10。
[0016]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-570按質(zhì)量比3:1?5:1的比例配制而成，復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、A-172按照5:3:1?10:3:1的比例配制而成。
[0017]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合質(zhì)量比為100:10:5?100:30:5，復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合物總質(zhì)量與二氧化硅質(zhì)量比為 3:100 ?7:100。
[0018]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合液分批次加入二氧化硅分散液的順序為:按質(zhì)量比平均分配，分5?8次加入，每次間隔5?8min。
[0019]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于硅烷偶聯(lián)劑改性包覆后的溶液低溫冷藏溫度為-30?-60°C，隔絕空氣處理。
[0020]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于離心處理需至少離心三次，每次均需將二氧化硅沉淀使用抽濾設(shè)備進行抽濾處理，同時使用甲苯和異丙醇進行洗滌處理以去除多余的硅烷偶聯(lián)劑。
[0021]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于改性后的二氧化硅固體微粒按照質(zhì)量比10:100?18:100的比例溶于正庚烷，恒溫溫度 35°C?40°C,攬拌速率 80rad/min ?120rad/min。
[0022]所述的復(fù)合油品減阻劑制備過程中納米二氧化硅粒子的一種表面處理方法，其特征在于復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑加入總量與正庚烷質(zhì)量比為1:1000?3:1000，平均分為5?8份，間隔5?6min加入。
[0023]本發(fā)明能優(yōu)化改進現(xiàn)有油品減阻劑復(fù)合實驗過程，提高復(fù)合效率，保證納米二氧化硅填料的良好分散和有機基體在復(fù)合過程中的穩(wěn)定不變性，增強復(fù)合產(chǎn)品的強度和韌性。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]將20g正庚烷溶于10gN-甲基吡咯烷酮中制備成分散液，放置于25khz的超聲環(huán)境中，取比表面積為640m2/g，初級粒徑為1nm的納米二氧化硅50g，將納米二氧化硅分5次加入,加入的質(zhì)量順序為20g、15g、7.5g、5g、2.5g,每次間隔5min,超聲30min。按KH-550、KH-570質(zhì)量比3:1制備復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑，按KH-550、KH-560、A_172按照5:3:1的質(zhì)量比例配制復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑。按復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合質(zhì)量比為100:10:5配制改性劑。將2g改性劑分5次，每次0.4g加入分散液，低溫-30°C冷藏5h,恒溫40°C下以60rad/min攪拌6h。離心三次，每次使用甲苯和異丙醇洗漆抽濾，溶于500g正庚烷中，分5次加入0.4g復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑，每次間隔5min。制得的納米二氧化硅溶液室溫隔絕空氣保存。
[0026]本例由于采用了機械分散、硅烷偶聯(lián)劑改性與包覆、溶劑分散處理等手段對納米二氧化硅粒子進行表面處理，其結(jié)果為優(yōu)化了油品減阻劑復(fù)合實驗過程，保證納米二氧化硅填料的良好分散和有機基體在復(fù)合過程中的穩(wěn)定不變性，提高了復(fù)合效率。
【主權(quán)項】
1.一種油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法，其特征在于: (1)機械分散:將二氧化硅分散液置于超聲環(huán)境中，開啟超聲處理，分批次溶入納米二氧化娃粒子，至溶液澄清，無明顯沉淀；超聲處理的波頻率為25khz,超聲時間30min?60min ;將納米二氧化硅分5次加入，加入的質(zhì)量比順序為40%、30%、15%、10%、5%，每次間隔5min?1min,加入納米二氧化娃總量與分散液的質(zhì)量比為3:10?5:10 ; 所述的納米二氧化硅的比表面積為640m2/g，初級粒徑為1nm ； (2)硅烷偶聯(lián)劑改性與包覆:將復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水混合后，按質(zhì)量比平均分配，分5?8次加入二氧化硅分散液中，每次間隔5?8min，低溫冷藏，低溫冷藏溫度為-30?-60°C，隔絕空氣處理；復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合質(zhì)量比為100:10:5?100:30:5，復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水的混合物總質(zhì)量與二氧化硅質(zhì)量比為3:100?7:100 ; (3)溶劑分散處理:將二氧化硅分散液分三次離心處理，提純后按照質(zhì)量比10:100?18:100的比例溶入正庚烷，恒溫攪拌下分批次加入復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑，恒溫溫度35°C?40°C,攪拌速率80rad/min?120rad/min ;復(fù)配II型娃燒偶聯(lián)劑加入總量與正庚燒質(zhì)量比為1:1000?3:1000，平均分為5?8份，間隔5?6min加入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法，其特征在于:二氧化硅分散液為N-甲基吡咯烷酮和正庚燒，質(zhì)量比為10:1?10:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法，其特征在于:復(fù)配I型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-570按質(zhì)量比3:1?5:1的比例配制而成，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法，其特征在于:復(fù)配II型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、A-172按照5:3:1?10:3:1的比例配制而成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油品減阻劑用納米二氧化硅粒子的處理方法；首先將納米二氧化硅分散液置于超聲環(huán)境中，分批次溶入納米二氧化硅粒子，至溶液澄清；將復(fù)配Ⅰ型硅烷偶聯(lián)劑、改性劑助劑、去離子水混合后，分批次加入二氧化硅分散液中，低溫冷藏，隔絕空氣處理；將二氧化硅分散液分三次離心處理，溶入正庚烷，分批次加入復(fù)配Ⅱ型硅烷偶聯(lián)劑，二氧化硅分散液為N-甲基吡咯烷酮和正庚烷，復(fù)配Ⅰ型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-570，復(fù)配Ⅱ型硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、A-172；本方法優(yōu)化了油品減阻劑復(fù)合實驗過程，保證納米二氧化硅填料的良好分散和有機基體在復(fù)合過程中的穩(wěn)定不變性，提高了復(fù)合效率。
【IPC分類】C09C3-04, C09C1-28, C09C3-12
【公開號】CN104559335
【申請?zhí)枴緾N201310520782
【發(fā)明人】李國平, 代曉東, 郭旭, 郭海峰, 李春漫, 賈子麒, 常維純, 高艷清
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月29日