[发明专利]一种星型多阳离子基化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种星型多阳离子基化合物及其制备方法和应用，该表面活性剂通过以下步骤制备：在装有甲胺或乙胺水溶液和酸性催化剂的反应瓶中滴加定量的三羟甲基丙烷‑三(3‑吖丙啶基丙酸酯)反应液进行第一步氮丙啶开环反应；再向反应液中加入定量的氯甲烷(或氯化苄)反应液进行第二步季胺化反应，所得产物为一种星型多阳离子基化合物。

技术领域

本发明涉及多季铵盐阳离子表面活性剂制备技术领域，特别涉及一种星型多阳离子基化合物及其制备方法和应用。

背景技术

多阳离子季铵盐表面活性剂因具有多个亲水基团和多个疏水基团，使其具有更高的表/界面活性、更低的临界胶束浓度、更优良的杀菌性能、良好的发泡力和稳泡性及其独特的流变性等物化性能，被广泛应用于制备新材料、杀菌剂、抑制金属腐蚀、织物染整、石油开采等领域。目前，多阳离子季铵盐表面活性剂研究最为广泛的是阳离子型双子表面活性剂，但是并没有一种星型多阳离子基化合物以满足现有的需求。

随着石油工程技术的发展，深井、大位移井和水平井等钻井作业越来越多，钻遇地层越来越复杂，部分高难度油井具有井眼大、位移大、水平井段长、井眼轨迹变化较大等特点，导致泥页岩地层存在严重垮塌和膨胀缩径以及严重造浆等问题，这对水基钻井液抑制能力提出了更高的要求，高效黏土稳定剂是确保井壁稳定和钻井液抑制性的关键。近年来小分子季铵盐黏土稳定剂逐步受到重视，小分子季铵盐类黏土稳定剂易被黏土优先吸附，会促使黏土晶层间脱水，减少膨胀力，有效抑制黏土水化，且可以嵌入黏土晶层间，阻止水分子进入，降低黏土的水化膨胀作用，由于其在黏土颗粒上吸附牢固，具有长期稳定效果。但是，现有季铵盐类黏土稳定剂存在用量大、防膨率低和对地层伤害大等问题，本发明对季铵盐类黏土稳定剂分子结构进行重新设计，合成一种高性能的星型多季铵盐类黏土稳定剂。该黏土稳定剂可在极低用量下有效抑制黏土水化膨胀及分散运移。

发明内容

为了扩展多阳离子季铵盐表面活性剂的种类以及多阳离子季铵盐的数量，本发明以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成具有独立的星型结构，再引入烷基卤代物进行季胺化反应，获得一种具有星型结构的多阳离子表面活性剂。本发明的目的之一在于提供一种星型多阳离子基化合物。

本发明的目的之二在于提供该表面活性剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种星型多阳离子基化合物，结构式为：

其中，R₁-为-CH₃或者-CH₂CH₃；R₂-为-H或者

一种星型多阳离子基化合物的制备方法，包括以下步骤：

向甲胺或乙胺水溶液和酸性催化剂的中加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，在50～80℃反应6～8h；

在弱碱性条件下，向上述反应物中加入氯甲烷或氯化苄反应液液进行季胺化反应，在氮气保护下，50～70℃反应10～16h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。

在氮丙啶开环反应中，三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和甲胺或乙胺摩尔比为1:3。

在氮丙啶开环反应中，所述的酸性催化剂为质量分数为85％的磷酸水溶液，其用量为原料总质量的1％。

在季胺化反应中，弱碱性条件pH＝9～10，反应液用K₂CO₃调至弱碱性。

在季胺化反应中，氯甲烷或氯化苄的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。

一种星型多阳离子基化合物在油气开采中作为黏土稳定剂的应用。