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可降解纖維的制作方法

文檔序號:11429115閱讀:819來源:國知局

本發明涉及一種纖維,更具體地說,它涉及一種可降解纖維。



背景技術:

纖維在石油化工領域有著廣泛的應用,尤其是在防砂控砂壓裂和高速通道壓裂方面發揮著巨大的作用。

1、纖維輔助控制縫高延伸:當加入纖維后,在不降低攜砂液攜砂能力前題下降低表觀粘度,從而起到控制縫高的作用。

2、纖維的清潔壓裂:加入纖維后可以降低聚合物用量,減少聚合物對裂縫的傷害;纖維降解溶液呈弱酸性,防止返膠,利于返排;纖維降解徹底,保證充填層導流能力。

3、纖維輔助控制支撐劑返吐:纖維和支撐劑組成復合介質,纖維與支撐劑顆粒接觸,摩擦系數增大,纖維網絡結構能在排液初期具有防支撐劑返吐作用。

正是基于以上優勢,纖維在石油化工領域發揮著巨大的作用。例如對比文件cn103821491a就提到,將含纖維攜砂液和純凍膠間隔液以交替循環的方式泵入油氣井裂縫內,主要作用是將攜砂液分散成團塊狀并堆砌形成砂柱,砂柱中的純凍膠間隔液破膠后形成油氣的低阻力、高流速滲流通道,從而起到增產目的。

但是,目前使用的纖維和對比文件cn103821491a中使用的纖維大都是不可降解纖維,而不可降解纖維在實際應用過程中會存在較多的問題。例如,對比文件201410584173.2中就提出,采用的不可降解纖維較難確保其在儲層的復雜環境下及長期生產過程中性能不發生任何變化,從而達不到預期的、長期的增產效果。

所以,在對比文件201410584173.2中,為了提高壓裂液攜砂性能,提出在壓裂液中加入一種可降解纖維。優選的,該可降解纖維為聚乙烯醇纖維。但是,對比文件提到的可降解纖維只能在80℃下發生降解,適應范圍小。而現實中,由于井底溫度和裂縫溫度不是只有80℃這種溫度,而是存在于一個較大的溫度范圍,因此需要一種能夠適應較大溫度范圍的可降解纖維,才能更好地適應實際生產需求。



技術實現要素:

針對現有技術存在的不足,本發明的目的在于提供一種可降解纖維。該可降解纖維能夠在0-300℃溫度進行溶解或生物降解,同時對底層環境無污染,符合環保經濟的概念。

為實現上述目的,本發明提供了如下技術方案:

一種可降解纖維,它由以下重量份數為主要組分的原料組成:

碳碳雙鍵聚合物150-400份

酯鍵聚合物135-1000份

植物纖維75-175份

肽鍵聚合物0-100份

纖維素處理物40-300份

cpae0-200份

碳纖維0-200份

其中,碳碳雙鍵聚合物由以下重量份數的聚合物組成

聚烯烴類共聚物100-200份

pva50-200份

酯鍵聚合物由以下重量份數的聚合物組成

pcl25-100份

pha40-100份

phbv20-100份

聚酯類共聚物50-100份

pga0-100份

phb0-100份

聚乳酸類共聚物0-400份

肽鍵聚合物為

蛋白纖維0-100份

纖維素處理物由以下重量份數的聚合物組成

磷酸纖維20-100份

鈦酸纖維20-100份

磷酸鈣纖維0-100份。

通過采用上述技術方案,該可降解纖維能夠在0-300℃內進行溶解或者生物降解,從而解決現有技術中使用的纖維無法降解或者只能夠在較小的溫度范圍方可降解而導致適應性較弱的問題,原材料均為安全環保,對底層環境無污染,符合環保經濟的概念。

該可降解纖維在具有良好降解性能和環保經濟等優點的同時,還具有其他方面的良好性能。

①化學穩定性高,能夠耐酸堿腐蝕;

②抗氧化性能優異,避免氧化過快;

③具有防火性能,避免意外失火而被燒毀;

④結構強度高,保障在工作過程中的強度。

所述聚乳酸類共聚物由以下重量份數的聚合物組成:

pla0-100份

plga0-100份

plla0-100份

pdllad0-100份。

所述聚烯烴類共聚物選用聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯中的一種。

所述聚酯類共聚物選用聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯中的一種。

所述碳纖維選用聚丙烯腈碳纖維或瀝青碳纖維中的一種或兩種。

通過采用上述技術方案,對可降解纖維的聚乳酸類共聚物、聚烯烴類共聚物、聚酯類共聚物和碳纖維做進一步優化篩選,在材料上進一步提升可降解纖維的性能。

一種可降解纖維的制備方法,包括如下步驟:

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別確定碳碳雙鍵聚合物、酯鍵聚合物、植物纖維、肽鍵聚合物、纖維素處理物、cpae、碳纖維的組成和份數,之后混合均勻,加溫至反應溫度;

步驟3:調節ph值3-8之間;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

所述反應溫度為60-200℃。

通過采用上述技術方案,在制備可降解纖維的工藝上進行工藝條件的優化,從而在工藝條件上進一步對可降解纖維的性能做進一步優化,使各種原料能夠相互配合,產生協同作用,使可降解纖維的性能達到最佳。

本發明的有益效果如下:

1、能夠在0-300℃內進行溶解或者生物降解,從而解決現有技術中使用的纖維無法降解或者只能在較小的溫度范圍內降解的問題,提高了可降解纖維的適用性;

2、原材料均為安全環保,對底層環境無污染,符合環保經濟的概念;

3、化學穩定性高,能夠耐酸堿腐蝕;

4、抗氧化性能優異,避免在存放過程中被嚴重氧化而無法使用;

5、具有防火性能,避免意外失火而被燒毀;

6、結構強度高,保障在工作過程中的強度。

具體實施方式

本發明提到的phb為聚-β-羥丁酸。

plga購自阿拉丁,貨號為p134386-1g;

phbv購自寧波天安生物材料有限公司。

如無特別說明,本發明實施例中用到的試劑均購自sigmabiochemicalandorganiccompoundsforresearchanddiagnosticclinicalreagents公司。

適用0-100℃環境的可降解纖維

實施例1

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為0-100℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚乙烯100份和pva50份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl100份、pha50份、phbv20份、聚對苯二甲酸乙二酯50份和pga0份組成的酯鍵聚合物,植物纖維175份,混合均勻后,加溫至反應溫度60℃;

步驟3:調節ph值至6;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例2

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為0-100℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚丙烯135份和pva100份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl50份、pha40份、phbv25份、聚對苯二甲酸丁二酯75份和pga50份組成的酯鍵聚合物,植物纖維150,混合均勻后,加溫至反應溫度110℃;

步驟3:調節ph值至8;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例3

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為0-100℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚1-丁烯200份和pva200份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl75份、pha100份、phbv75份、聚對苯二甲酸乙二酯100份和pga100份組成的酯鍵聚合物,植物纖維125份,混合均勻后,加溫至反應溫度155℃;

步驟3:調節ph值至7;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例4

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為0-100℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚4-甲基-1-戊烷170份和pva150份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl25份、pha75份、phbv100份、聚對苯二甲酸丁二酯75份和pga75份組成的酯鍵聚合物,植物纖維75份,混合均勻后,加溫至反應溫度200℃;

步驟3:調節ph值至7;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

適用100-200℃環境的可降解纖維

實施例5

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為100-200℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚乙烯100份和pva50份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl100份、pha50份、phbv20份、聚對苯二甲酸乙二酯50份、pla0份、plga50份、plla25份和pdllad100份組成的酯鍵聚合物,植物纖維75份,由蛋白纖維50份組成的肽鍵聚合物,由磷酸纖維100份、鈦酸纖維20份和磷酸鈣纖維50份組成的纖維素處理物,cpae100份,聚丙烯腈碳纖維200份混合均勻后,加溫至反應溫度200℃;

步驟3:調節ph值至3;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例6

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為100-200℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚丙烯135份和pva100份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl50份、pha40份、phbv25份、聚對苯二甲酸丁二酯75份、pla50份、plga0份、plla100份和pdllad50份組成的酯鍵聚合物,植物纖維100份,由蛋白纖維0份組成的肽鍵聚合物,由磷酸纖維50份、鈦酸纖維50份和磷酸鈣纖維0份組成的纖維素處理物,cpae150份,瀝青碳纖維100份混合均勻后,加溫至反應溫度110℃;

步驟3:調節ph值至4;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例7

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為100-200℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚1-丁烯200份和pva200份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl75份、pha100份、phbv75份、聚對苯二甲酸乙二酯100份、pla25份、plga100份、plla0份和pdllad25份組成的酯鍵聚合物,植物纖維135份,由蛋白纖維100份組成的肽鍵聚合物,由磷酸纖維25份、鈦酸纖維25份和磷酸鈣纖維100份組成的纖維素處理物,cpae125份,聚丙烯腈碳纖維175份混合均勻后,加溫至反應溫度60℃;

步驟3:調節ph值至5;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例8

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為100-200℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚4-甲基-1-戊烯170份和pva150份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl25份、pha75份、phbv100份、聚對苯二甲酸丁二酯75份、pla100份、plga75份、plla75份和pdllad0份組成的酯鍵聚合物,由植物纖維175份,由蛋白纖維75份組成的肽鍵聚合物,由磷酸纖維20份、鈦酸纖維100份和磷酸鈣纖維75份組成的纖維素處理物,cpae200份,瀝青碳纖維125份混合均勻后,加溫至反應溫度150℃;

步驟3:調節ph值至4;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例9

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為200-300℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚乙烯100份和pva50份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl100份、pha50份、聚對苯二甲酸乙二酯50份、pla0份、plla25份和phb50份組成的酯鍵聚合物,植物纖維75份,由鈦酸纖維20份和磷酸鈣纖維50份組成的纖維素處理物,cpae100份,聚丙烯腈碳纖維200份混合均勻后,加溫至反應溫度120℃;

步驟3:調節ph值至4;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例10

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為200-300℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚丙烯135份和pva100份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl50份、pha40份、聚對苯二甲酸丁二酯75份、pla50份、plla100份和phb0份組成的酯鍵聚合物,植物纖維150份,由鈦酸纖維50份和磷酸鈣纖維0份組成的纖維素處理物,cpae150份,瀝青碳纖維100份混合均勻后,加溫至反應溫度60℃;

步驟3:調節ph值至5;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例11

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為200-300℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚1-丁烯200份和pva200份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl75份、pha100份、聚對苯二甲酸乙二酯100份、pla25份、plla0份和phb100份組成的酯鍵聚合物,植物纖維110份,由鈦酸纖維25份和磷酸鈣纖維100份組成的纖維素處理物,cpae125份,聚丙烯腈碳纖維175份混合均勻后,加溫至反應溫度60℃;

步驟3:調節ph值至5;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

實施例12

步驟1:確定可降解纖維的使用溫度為200-300℃;

步驟2:根據可降解纖維的使用溫度,按照重量份,分別加入由聚4-甲基-1-戊烯170份和pva150份組成的碳碳雙鍵聚合物,由pcl25份、pha75份、聚對苯二甲酸丁二酯75份、pla100份、plla75份和phb75份組成的酯鍵聚合物,植物纖維175份,由鈦酸纖維100份和磷酸鈣纖維75份組成的纖維素處理物,cpae200份,瀝青碳纖維125份混合均勻后,加溫至反應溫度170℃;

步驟3:調節ph值至6;

步驟4:利用吹塑紡絲法加工成條狀纖維;

步驟5:對步驟4得到的條狀纖維進行干燥,干燥完成后進行切割。

對比例1

以對比文件201310451769.0的實施例1作為對比例1

(1)將pbat、pla顆粒進行真空干燥,水分小于200ppm;

(2)將步驟(1)干燥處理后的60份pbat、40份pla、0.5份相容劑(gma)0.2份成核劑(硬脂酸鈣)、0.2份抗氧劑(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚)進行共混,經過螺桿型紡絲機進行熔融紡絲,冷卻后,進行上油、預牽伸、卷繞處理,得到結構均勻、纖度可控的初生纖維。其中,紡絲溫度為240℃,紡絲速度為500m/min;

(3)將步驟(2)中得到的纖維在加工倍率為1.5,卷速為300m/min,加工溫度為60℃進行牽伸加工,得到牽伸絲。

0-100℃選取代表溫度為60℃,100-200℃選取代表溫度為120℃,200-300℃選取代表溫度為240℃

選取實施例1-4和對比例1制備的長為10mm,直徑為8um的纖維,模擬井底溫度和裂縫溫度為60℃的環境,記錄實施例1-4和對比例1完全降解需要的時間,重復進行5次試驗,取平均值并記錄。再模擬井底溫度和裂縫溫度為120℃和240℃的環境,記錄5次試驗完全降解需要的平均時間。

選取實施例1-4和對比例1制備的長為10mm,直徑為8um的纖維,稱量并記錄重量作為初重,再分別浸泡在5個均裝有50ml5%(wt)鹽酸溶液中,浸泡時間24h后取出,擦干后再次稱量并記錄重量作為終重,按照保有率計算公式計算保有率并記錄,重復進行5次試驗,取平均值并記錄。

保有率計算公式:保有率=終重/初重

選取實施例1-4和對比例1制備的長為10mm,直徑為8um的纖維,稱量并記錄重量作為初重,再分別浸泡在5個均裝有50mlph=9氫氧化鈉溶液中,浸泡時間24h后取出,擦干后再次稱量并記錄重量作為終重,按照相同的保有率計算公式計算保有率并記錄,重復進行5次試驗,取平均值并記錄。

保有率越高,表示可降解纖維的耐酸和耐堿能力越強,化學穩定性越高。

選取實施例1-4和對比例1制備的長為10mm,直徑為8um的纖維,用同等強度的火源接觸纖維的一端12s后,除去火源后測定試樣的續燃時間和陰燃時間,將續燃時間和陰燃時間合并作為燃燒時間。

燃燒時間越短,表示可降解纖維的阻燃能力越強。

選取實施例1-4和對比例1制備的長為10mm,直徑為8um的纖維,置于氧氣濃度為50%的10cm*10cm*10cm的立方體密封室,觀察并記錄表面發生變色需要的時間。

變色時間越長,表示可降解纖維的抗氧化能力越強。

對于含有0.05%(wt)實施例1-4和對比例1制備的砂柱,分別與5個同型號的流量計和5個同型號的壓力表連接,往5個砂柱中通入相同流量的壓裂液,同時同幅度緩慢增大5個砂柱中壓裂液的流量直至砂柱坍塌為止,記錄砂柱坍塌時的流量和坍塌時的壓力。

坍塌流量和坍塌壓力越小,表示可降解纖維的對砂柱的支撐能力越弱,結構強度越弱。

表1不同溫度下實施例1-4和對比例1完全降解需要的時間

表2

表3實施例5-8和對比例1完全降解需要的時間

表4

表5實施例9-12和對比例1完全降解需要的時間

表6

通過表1-6可得,該可降解纖維能夠在本發明的有益效果如下:

1、能夠在0-300℃內進行溶解或者生物降解,從而解決現有技術中使用的纖維無法降解或者只能在較小的溫度范圍內降解的問題,提高了可降解纖維的適用性;

2、原材料均為安全環保,對底層環境無污染,符合環保經濟的概念;

3、化學穩定性高,能夠耐酸堿腐蝕;

4、抗氧化性能優異,避免在存放過程中被嚴重氧化而無法使用;

5、具有防火性能,避免意外失火而被燒毀;

6、結構強度高,保障在工作過程中的強度。

以上所述僅是本發明的優選實施方式,本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例,凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。

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