一种改性纳米SiO2复合油品减阻剂及其制备方法和应用

本发明属于油品添加剂的，具体为一种改性纳米sio2复合油品减阻剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、油品减阻剂是现代石化产业中的重要助剂，通过在油品中注入少量的高聚物减阻剂，利用高分子链的弹性形变来减少油品流动中摩擦能量损失，降低流动阻力，实现减阻增输的效果。减阻剂广泛应用于原油、成品油及天然气管输领域，在不添加管道设备与动力和不改变管道运行条件的情况下，注入减阻剂可显著降低管输油品的流动摩擦阻力，提高管道输量，增加经济效益和社会效益。

2、油相减阻剂用于原油及成品油运输，它可以方便、快速的改善输油工艺并带来巨大的经济效益。目前工业中使用的减阻剂主要是直链高分子型减阻剂，它目前应用范围较广、应用效果最好，具有分子量高、油溶性好、减阻率高的优点。但是直链高分子型聚合物减阻剂在应用过程中容易发生剪切降解：即减阻剂通过管道高湍流区域后，其高分子共价键会剪切断裂断成没有减阻效果或减阻效果很差的低分子量聚合物，导致减阻率下降。为了维持减阻效果，必须在经过高剪切区域后及时补充，这大大增加了减阻剂用量，影响了经济效益，故研究抗剪切减阻剂是发展趋势。

3、抗剪切性能优异的减阻剂在不增加管道设备压力与动力和不改变管道运行条件的情况下，在油品中注入即可显著降低管输油品的流动摩擦阻力。它能够提高管道输量、保障管道安全运行、降低固定投资、增加经济效益和社会效益。它能够在在油品管道输送过程中，保持减阻效果，减少高分子间键的断裂维系高减阻率。

技术实现思路

1、为进一步提高聚α-烯烃的抗剪切性能，本发明提出了一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，可以提高减阻剂的热稳定性和抗剪切性能，提高油品减阻剂应用效果，降低应用成本。

2、一种改性纳米sio2复合油品减阻剂，改性纳米sio2复合油品减阻剂：纳米sio2在硅烷偶联剂的作用下进行表面改性，α-烯烃单体以ziegler-natta催化剂为引发体系制备聚α-烯烃溶液，在界面相容剂的作用下，无机改性纳米sio2材料与聚α-烯烃溶液复合制备复合油品减阻剂。

3、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

4、第一步：α-烯烃单体除水除杂后在ziegler-natta催化剂的引发体系下制备聚α-烯烃，充分反应后得到块状聚α-烯烃，使用液氮将高粘性块状聚α-烯烃降温到玻璃化温度-130℃以下，块状聚α-烯烃呈坚硬易碎状态，采用液氮浴的球磨粉碎机进行粉碎，加入分散剂，过筛，得到聚α-烯烃颗粒；

5、第二步：将一部分第一步得到的聚α-烯烃颗粒溶于正庚烷中，搅拌5～7天，使其完全溶解得到聚α-烯烃的正庚烷溶液，也称聚合物溶液；

6、第三步：将一部分第一步得到的聚α-烯烃颗粒与有机溶剂混合充分得到流动性较好的聚α-烯烃浆液，将烘干的马来酸酐入到聚α-烯烃浆液中，超声处理后进行反应，得到接枝酸酐的聚α-烯烃浆液，精制得到界面相容剂；

7、第四步：取干燥的纳米sio2，加入n-甲基吡咯烷酮，超声，分批加入n-甲基吡咯烷酮与硅烷偶联剂的混合液，进行反应，得到有机改性的纳米sio2，再次分批加入硅烷偶联剂，搅拌，所得产物除去溶剂，烘干，得到固体有机改性接枝的纳米sio2；

8、第五步：采用直接共混法，取聚合物溶液、界面相容剂、有机改性接枝的纳米sio2，混合均匀后进行反应，得到改性纳米sio2复合油品减阻剂。

9、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第一步中，所述α-烯烃单体为c6～c12的烯烃。

10、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第一步中，所述的除水除杂是使用分子筛进行除水除杂，所述分子筛为多孔铝酸盐，具体为，采用多个吸附柱串联的方式以较低流速使得α-烯烃单体通过进行吸附处理，进行除水除杂。

11、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第一步中，所述ziegler-natta催化剂，主催化剂选用ticl3，助催化剂选用烷基铝alr3。

12、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第一步中，所述聚α-烯烃为相对分子质量为2×106～8×106。

13、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第一步中，所述分散剂是硬脂酸钙或硬质酸钠，用量为聚α-烯烃颗粒的15％～30％。

14、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第三步中，所述的有机溶剂是乙二醇和/或无水乙醇，聚α-烯烃颗粒与有机溶剂的质量比为4:6。

15、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第三步中，烘干的马来酸酐与聚α-烯烃浆液的质量比为1:50～1:100。

16、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第三步中，所述的反应是在80℃下反应3h。

17、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第三步中，所述的精制是将的接枝酸酐的聚α-烯烃浆液倒入二甲苯中，加热回流使接枝物溶解，趁热将溶液倒入到丙酮中过滤，所得不溶物质回收，用丙酮洗涤、抽滤、干燥，得到精制的接枝马来酸酐的聚α-烯烃固体，即界面相容剂。

18、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第四步中，所述的硅烷偶联剂是kh550、kh560中的一种或多种，所述的n-甲基吡咯烷酮与硅烷偶联剂的混合液是n-甲基吡咯烷酮与kh550按照质量比10:1混合得到的，所述的反应是在80℃水浴中反应1h，所述的搅拌是在80℃条件下进行搅拌。

19、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第四步中，所述纳米sio2粒径<50nm。

20、上述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，第五步中，按质量比，界面相容剂与聚合物溶液的比为1:5～1:10；纳米sio2与聚合物溶液的比为1:20～1:25。

21、本发明的有益效果：

22、马来酸酐通过超声波分散技术接枝在聚α-烯烃浆液上作为界面相容剂，纳米sio2依据超声波的空化作用，团聚的纳米粒子在强的作用力下重新分散，使得纳米团聚体分散成更小的聚集体或单个颗粒，并且偶联剂能够较均匀的包覆在纳米颗粒的表面，从而减少纳米粒子的团聚，提高它在液体中分布的均匀性，在对粒子解团聚的同时，对其表面进行表面改性处理。

23、采用硅烷偶联剂kh550和kh560作为改性表面活性剂，对亲水性纳米sio2进行表面改性，加入分散剂n-甲基吡咯烷酮，采用超声波振荡分散处理的方法使得纳米粒子充分分散。聚α-烯烃溶液，在界面相容剂的作用下，与无机材料协同作用，增强复合材料分子链的强度与韧性，提高抗剪切性能。

24、本发明的改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法过程简单，条件温和，减阻增输效果好，抗剪切性能优异。

技术特征：

1.一种改性纳米sio2复合油品减阻剂，其特征在于，改性纳米sio2复合油品减阻剂：纳米sio2在硅烷偶联剂的作用下进行表面改性，α-烯烃单体以ziegler-natta催化剂为引发体系制备聚α-烯烃溶液，在界面相容剂的作用下，无机改性纳米sio2材料与聚α-烯烃溶液复合制备复合油品减阻剂。

2.权利要求1所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的除水除杂是使用分子筛进行除水除杂，所述分子筛为多孔铝酸盐，具体为，采用多个吸附柱串联的方式以较低流速使得α-烯烃单体通过进行吸附处理，进行除水除杂。

4.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第一步中，所述分散剂是硬脂酸钙或硬质酸钠，用量为聚α-烯烃颗粒的15％～30％。

5.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的有机溶剂是乙二醇和/或无水乙醇，聚α-烯烃颗粒与有机溶剂的质量比为4:6。

6.根据权利要求5所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第三步中，烘干的马来酸酐与聚α-烯烃浆液的质量比为1:50～1:100。

7.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的反应是在80℃下反应3h。

8.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的精制是将的接枝酸酐的聚α-烯烃浆液倒入二甲苯中，加热回流使接枝物溶解，趁热将溶液倒入到丙酮中过滤，所得不溶物质回收，用丙酮洗涤、抽滤、干燥，得到精制的接枝马来酸酐的聚α-烯烃固体，即界面相容剂。

9.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第四步中，所述的硅烷偶联剂是kh550、kh560中的一种或多种，所述的n-甲基吡咯烷酮与硅烷偶联剂的混合液是n-甲基吡咯烷酮与kh550按照质量比10:1混合得到的，所述的反应是在80℃水浴中反应1h，所述的搅拌是在80℃条件下进行搅拌。

10.根据权利要求2所述的一种改性纳米sio2复合油品减阻剂的制备方法，其特征在于，第五步中，按质量比，界面相容剂与聚合物溶液的比为1:5～1:10；纳米sio2与聚合物溶液的比为1:20～1:25。

技术总结本发明属于油品添加剂的技术领域，具体为一种改性纳米SiO2复合油品减阻剂及其制备方法和应用。改性纳米SiO2复合油品减阻剂：纳米SiO2在硅烷偶联剂的作用下进行表面改性，α‑烯烃单体以Ziegler‑Natta催化剂为引发体系制备聚α‑烯烃溶液，在界面相容剂的作用下，无机改性纳米SiO2材料与聚α‑烯烃溶液复合制备复合油品减阻剂。本发明采用超声波空化作用，在硅烷偶联剂的作用下，对纳米SiO2进行表面改性，使表面从亲水性变为亲油性。在界面相容剂的作用下与聚合物溶液形成纳米复合材料。本发明提供的减阻剂可以进一步提高减阻效果，获得更高的初始减阻率，提升输油管道中的增输效果，提升减阻剂的抗剪切性能。技术研发人员：张志恒,秦晶瑞,房大维受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17