[发明专利]一种水溶性可降解纤维及其制备方法

说明书

本发明提出了一种水溶性可降解纤维及其制备方法，其中，水溶性可降解纤维由以下重量份的组分制成：聚乳酸30～55份，甲壳胺10～30份，纳米二氧化硅改性聚乙烯醇10～35份，相容剂5～35份，润滑剂0.2～3份，抗氧剂0.2～3份。本发明的可降解纤维在低的纺丝温度200℃左右和高的纺丝速度500m/min以上具有好的熔融可纺性，纤维材料具有一定的力学强度和持续稳定的柔软的手感，水中可溶性可控，能满足使用要求。特别适用于油气生产过程中的纤维压裂液，针对易出砂和压后测试快速排液时出现的支撑剂回流等问题，采用此纤维压裂液的稳定性良好，在现场施工具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种可降解纤维制备方法。

背景技术

纤维在石油化工领域有着广泛的应用，尤其是在压裂工艺方面发挥着巨大的作用。目前使用的纤维大都是不可降解纤维，而不可降解纤维在实际应用过程中难以适应复杂的储层环境，并且在长期生产过程中的稳定性差。为了提高压裂液性能，目前的工艺中一般使用聚乙烯醇纤维体系的材料，但聚乙烯醇纤维只能在80℃下发生降解，适应范围小，而实际中油储层底温度都存在较大的波动，这就需要发明一种能够适应较大温度范围的可降解纤维，才能适应实际生产的需求。

发明内容

本发明提出了一种水溶性可降解纤维及其制备方法，采用生物环保可降解塑料PLA(聚乳酸)、生物质来源CS(甲壳胺)和M-PVA(纳米二氧化硅改性聚乙烯醇)为基础，以PVA-g-PLLA(聚乙烯醇接枝改性聚左旋乳酸)为主相容剂，通过熔融纺丝制得水溶性可降解纤维，其性能完全可以满足油田石油工程压裂需求。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种水溶性可降解纤维，由包含以下重量份的组分制成：聚乳酸30～55份，甲壳胺10～30份，纳米二氧化硅改性聚乙烯醇10～35份，相容剂5～35份，润滑剂0.2～3份，抗氧剂0.2～3份。

本发明的可降解纤维在低的纺丝温度200℃左右和高的纺丝速度500m/min以上具有好的熔融可纺性，纤维材料具有一定的力学强度和持续稳定的柔软的手感，水中可溶性可控，能满足使用要求。聚乳酸主链结构为高分子链，具有较强的分子链强度，同时疏水性的脂肪链使织物手感柔软。

在上述方案的基础上，所述聚乳酸由玉米淀粉经聚合反应制备而成，所述聚乳酸的数均分子量为2.6～12万。

在本实施例中，玉米淀粉经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。由玉米淀粉聚合成的聚乳酸具有优良的纺丝性能，但其在水中的溶解性差，自然条件下降解速度慢，为了达到水溶可控的目的，必须对其进行改性，通过加入本发明中其它组分，使最终材料水溶可控。

可选地，聚乳酸的分子量为5～10万。

在上述方案的基础上，所述甲壳胺是由天然甲壳素部分脱乙酰化而得到，甲壳胺为粒状或粉体，目数为50～1800目，脱乙酰度40～85％，粘度为0.2～2.5Pa·s。优选地，甲壳胺包括500～800目、900～1200目、1300～1800目的甲壳胺，其重量比为4:2:1。甲壳胺在该目数和脱乙酰度下，甲壳胺的水溶性能够满足使用要求。

在本实施例中，甲壳胺是一种天然的生物质材料，可溶于水，在水中的溶解性和粘度可控性强，随着脱乙酰度和浓度的不同而不同。加入甲壳胺后，能够调节和控制织物的水溶性。

在上述方案的基础上，所述纳米二氧化硅改性聚乙烯醇中纳米二氧化硅含量在2.5～6.5％，聚乙烯醇分子量2000～16000。纳米二氧化硅改性聚乙烯醇是以聚乙烯醇为基体，在溶液或熔融状态下，接枝活性二氧化硅。

纳米二氧化硅改性聚乙烯醇可以提高纤维强度和断裂伸长率。当纳米二氧化硅改性聚乙烯醇掺量在一定范围时，纳米粒子能够很好地分散到基体当中，因其具有巨大的比表面积，能与基体产生强烈的相互作用，从而提高其力学性能。但若掺量超过一定的范围将导致严重的团聚现象，从而导致其力学性能的降低。