[发明专利]用作高离子强度盐溶液增稠剂的聚电解质络合物

说明书

技术领域

本发明涉及能够增粘或稠化高含盐体系的聚电解质络合物组合物(polyelectrolyte complex composition)。该聚电解质络合物组合物由阳离子聚合物和阴离子聚合物组成，所述阳离子聚合物和阴离子聚合物可以是线性水溶性的、交联水溶性的或交联水不溶性的(或可溶胀的)。

背景技术

使用高分子量的聚合物，可以实现对水性溶剂和有机溶剂增粘或稠化，从而控制使用这些水性溶剂和有机溶剂作为稀释剂的体系的粘度和流变性能。使用高分子量阳离子和阴离子聚合物或聚电解质作为水基体系(water-based system)中的增稠剂是众所周知的。然而，常规的聚合增稠剂或增粘剂通常难以有效增粘具有高离子强度或高含盐量的溶液。对于用作碱可溶性的增稠剂的聚电解质如丙烯酸钠均聚物和共聚物尤其如此。

聚电解质主要通过聚合物链上的相同电荷之间的静电排斥来扩展其在溶液中的尺寸，从而实现高溶液粘度和产生增粘效果。而在高离子强度条件下，聚合物链的扩展趋于坍塌。

美国专利4,497,923公开了一种通过混合阴离子聚合物(磺化乙烯-丙烯离聚物)的有机溶液和阳离子聚合物(苯乙烯和乙烯基吡啶的共聚物)的有机溶液以在有机液体中形成共聚体络合物(interpolymer complex)来增粘有机液体的方法。在相对较低的固含量下，该共聚体络合物的有机溶液的粘度高于单独的起始溶液的粘度平均值，且该共聚体络合物的有机溶液呈现出对诸如溶剂防雾的目标应用中所需的剪切增稠效果。该专利涉及的是不存在无机盐的非水性体系。

美国专利4,540,496(Exxon)公开了一类用于高离子强度钻井泥浆(drilling muds)的增粘剂的新系列，其基于丙烯酰胺(AAm)-苯乙烯磺酸钠(SSS)-丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)的三元共聚物。这种分子内的离子络合改进了高离子强度石油钻井液(oil drilling fluids)的增粘能力。该专利不涉及共聚体络合物。

美国专利4,584,339(Exxon)公开了一种利用低电荷离子丙烯酰胺共聚物(丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠的共聚物以及丙烯酰胺和甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵的共聚物)的共聚体络合来增加水的粘度的方法。为了避免溶液形式的络合物相分离，沿着聚合物主链的电荷密度应该相对较低。所观察到的粘度增加的机理被认为主要是由于分子间离子键的形成增加了络合物的表观分子量。虽然单独的共聚物组分的粘度显示出通常的剪切稀化性能，但可溶性共聚体络合物的水溶液呈现出膨胀(剪切增稠)流变性能。然而水溶性无机盐的添加会妨碍络合物并且降低粘度。

美国专利4,942,189(Exxon)教导了利用中和的磺化聚合物(水不溶性的)和苯乙烯/乙烯基吡啶共聚物在水不溶性有机溶剂中的共聚体络合物界面增粘水溶液。当将该有机共聚体络合物溶液与水混合时，由于形成了大量分散于连续水相中的细小的充满水的颗粒，从而导致粘度大大增加。该专利涉及乳化体系。

美国专利4,970,260(Exxon)公开了用于增粘含盐溶液的低电荷密度聚合物络合物溶液。该聚合物络合物由丙烯酰胺与磺酸盐单体(例如，苯乙烯磺酸钠)的共聚物(作为阴离子聚合物组分)和丙烯酰胺与季铵单体(例如，甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵)的共聚物(作为阳离子聚合物组分)而组成。用于聚合物络合物的阳离子聚合物和阴离子聚合物都是具有低电荷密度的强聚电解质(电荷密度：用于阳离子聚合物的季铵单体＜35％和用于阴离子聚合物的磺酸盐单体＜50％)。要求保护的聚合物溶液包含小于5％的低电荷密度共聚体络合物。专利权人宣称高电荷密度共聚体络合物反而不溶于含盐溶液中，因此增粘性能和增稠效果差。还没有研究和公开过通过一种强聚电解质与一种带有相反电荷的弱聚电解质的结合以及两种具有相反电荷的弱聚电解质的结合来形成共聚体络合物的可能性。

EP-A 0130732(Halliburton)公开了一种阴离子聚合物组合物和它在增产地下岩层以提高采油中的用途。该阴离子聚合物组合物包含＜20％的阳离子聚合物或两性聚合物作为分散剂以防止该水溶性聚合物的聚集。该阴离子聚合物组合物可以包含一种或多种卤化物盐如氯化钠。通过阴离子聚合物和阳离子聚合物的结合而获得粘度增加的协同效应还没有被观察到，而且这种协同效应也不是发明人所预料和寻求的效应。相反，他们发现阳离子聚合物可在盐水中分散阴离子聚合物，从而解决了与现有技术方法相关的水溶性聚合物聚集的问题。