本發明涉及化合物的制備，具體的說，本發明涉及一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物及其制備和應用。
背景技術：
隨著油井產量下降，水驅、各種化學藥劑的注入等增產措施導致地層中引入大量成分復雜的外來水，多數造成高礦化度、高堿性水質，嚴重影響水中各種垢的溶解平衡，使垢更易形成與析出；與此同時，含硫化氫、高礦化度地層水等腐蝕介質使設備腐蝕較為嚴重，油田結垢與腐蝕是油田生產面臨的普遍問題，對油井正常生產造成嚴重威脅。阻垢劑能夠控制泥垢和水垢的產生，是一種用量最大的常用水處理藥劑，對防止設備結垢、保證設備安全運行以及降低能源消耗等具有十分重要的意義。緩蝕劑是一種少量加入介質中能夠明顯降低金屬腐蝕速度的防腐化學品，具有經濟有效且使用方便的特點，幾乎不改變腐蝕環境，不需增加設備投資，緩蝕效果也不會受設備形狀的影響，因此，緩蝕劑在石油行業得以廣泛應用。隨著我國對環保的日益重視，高效、環保，兼具阻垢和緩蝕效果的藥劑是未來發展的必然趨勢。
因此，研發出一種兼具阻垢、緩蝕和環保特點，并適用于高pH水質的阻垢緩蝕劑對油田安全生產和高效益快速發展具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的一個目的在于提供一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物；
本發明的另一目的在于提供所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯的制備方法；
本發明的又一目的在于提供一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物；
本發明的又一目的在于提供所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物的制備方法；
本發明的再一目的在于提供所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物的應用。
為達上述目的，一方面，本發明提供了一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物，其中，所述共聚物由如下式(I)表示：
其中m為2-40，n為2-40，R為K或Na。
另一方面，本發明還提供了一種式(I)所示環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯制備方法，其中，所述方法包括：將環氧琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻，在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物；其中，以環氧琥珀酸質量用量為1計，丙烯酸羥丙酯用量為0.15-0.23。
所述引發劑可以為本領域同類反應的常規使用的引發劑，而根據本發明一些具體實施方案，其中，所述引發劑為過硫酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，將環氧琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻后，是在80-90℃下加入引發劑，再滴加丙烯酸羥丙酯，然后反應得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯二元共聚物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，引發劑質量用量為環氧琥珀酸鈉/鉀質量的0.07-0.112倍。
根據本發明一些具體實施方案，其中，滴加丙烯酸羥丙酯，然后反應2-4h得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，丙烯酸羥丙酯滴加速度為2-4s/滴。
所述環氧琥珀酸鈉/鉀可以市售獲得，或者按照現有常規制備方法制備得到，而根據本發明一些具體實施方案，所述方法還包括環氧琥珀酸鈉/鉀的制備：將琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，環氧琥珀酸鈉/鉀的制備可以包括：將馬來酸酐加入到水中，并混合均勻，加氫氧化鈉/鉀溶液調節溶液pH為7-8，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸。
其中可以理解的是，本發明所述的催化劑量，是指用量能夠發揮催化劑作用、或者能夠引發反應的用量。而根據本發明一些具體實施方案，所述催化劑量的鉬酸鈉/鉀質量為琥珀酸鈉/鉀質量的0.01-0.02倍。
根據本發明一些具體實施方案，其中，滴加完雙氧水，是在60-75℃下反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，滴加完雙氧水，是反應1-1.5h得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，雙氧水的滴加速度為3-5s/滴。
根據本發明一些具體實施方案，其中，雙氧水質量濃度為30％。
所述雙氧水可以市售獲得。
根據本發明一些具體實施方案，其中，制備環氧琥珀酸鈉/鉀時，將琥珀酸鈉/鉀加入水中后，并混合均勻，然后在45-55℃下加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀。
本發明所述的琥珀酸鈉/鉀可以市售獲得，或者按照現有常規制備方法制備得到，而根據本發明一些具體實施方案，所述的琥珀酸鈉/鉀制備包括：將馬來酸酐溶解水中，加入氫氧化鈉/鉀水溶液調節pH為7-8，得到所述琥珀酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述氫氧化鈉/鉀水溶液質量濃度為35％-50％。
根據本發明一些具體實施方案，其中，本發明式(I)所示環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯的制備方法具體包括：將琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀；在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，本發明式(I)所示環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯的制備方法具體包括：將馬來酸酐溶解水中，加入氫氧化鈉/鉀水溶液調節pH為7-8，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀；在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，以馬來酸酐質量用量為1計，雙氧水質量用量為0.9-1.3，丙烯酸羥丙酯質量用量為0.2-0.3。
根據本發明一些具體實施方案，其中，將馬來酸酐溶解于水中，加入氫氧化鈉/鉀水溶液調節pH為7-8后，升溫至45-55℃，再加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，將馬來酸酐溶解于水中，加入氫氧化鈉/鉀水溶液調節pH為7-8后，攪拌2min，再升溫至45-55℃。
其中可以理解的是，本發明所述的“鈉/鉀”指的是鈉和/或鉀。也就是說，“環氧琥珀酸鈉/鉀”指的是環氧琥珀酸鈉和/或環氧琥珀酸鉀；“氫氧化鈉/鉀”指的是氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
其中還可以理解的是，所述的“和/或”，是指二者之一、或者二者的混合物；譬如，所述“環氧琥珀酸鈉/鉀”指的是環氧琥珀酸鈉、或環氧琥珀酸鉀、或環氧琥珀酸鈉和環氧琥珀酸鉀的任意比例的混合物。
其中還可以理解的是，當所制備的原料與產物有一一對應關系時，應當根據產物來選擇所加入的原料為“鈉”、或者“鉀”；譬如，對于本發明的“環氧琥珀酸鈉”，當所制備的為“環氧琥珀酸鈉”時，反應所加入的應為“氫氧化鈉”；而制備的為“環氧琥珀酸鉀”時，反應所加入的應為“氫氧化鉀”。
而對于原料與產物沒有一一對應關系時，原料可以用“鈉”、也可以用“鉀”、或者二者的混合物；譬如，對于本發明的引發劑過硫酸鈉/鉀，氫氧化鈉/鉀，鉬酸鈉/鉀，和葡萄糖酸鈉/鉀。
另一方面，本發明還提供了一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物，其中，所述復配物包括如下重量份成分：前面任意所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物1份、鉬酸鈉/鉀0.0005-0.01份、以及葡萄糖酸鈉/鉀0.0005-0.02份。
又一方面，本發明還提供了所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物的制備方法，所述制備方法包括，向反應溶劑和環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物的混合溶液中，在攪拌下加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀，反應得到所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，是在20-25℃下，在攪拌下加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀。
根據本發明一些具體實施方案，其中，加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀后，反應1-2h得到所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述制備方法包括，將環氧琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻，在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯二元共聚物，再在攪拌下加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀，反應得到所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物；其中，以環氧琥珀酸質量用量為1計，丙烯酸羥丙酯用量為0.15-0.23，鉬酸鈉/鉀為0.023-0.038，葡萄糖酸鈉/鉀為0.038-0.076。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述制備方法包括，將琥珀酸鈉/鉀加入到水中，并混合均勻，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀；在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物，再在攪拌下加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀，反應得到所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述制備方法包括，將馬來酸酐溶解水中，加入氫氧化鈉/鉀水溶液調節pH為7-8，加入催化劑量的鉬酸鈉/鉀，混合均勻，滴加雙氧水，并在滴加雙氧水過程中每隔0.5-1min用氫氧化鈉/鉀水溶液保持反應溶液pH為7-8，滴畢，反應得到所述環氧琥珀酸鈉/鉀；在引發劑存在下，滴加丙烯酸羥丙酯，滴畢反應，得到所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物，再在攪拌下加入鉬酸鈉/鉀和葡萄糖酸鈉/鉀，反應得到所述的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物復配物。
根據本發明一些具體實施方案，其中，以馬來酸酐質量用量為1計，雙氧水質量用量為0.9-1.3，丙烯酸羥丙酯質量用量為0.2-0.3，鉬酸鈉/鉀質量用量為0.03-0.05，葡萄糖酸鈉/鉀質量用量為0.05-0.1。
再一方面，本發明還提供了所述環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯在制備緩蝕劑中的應用。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述緩蝕劑為油水井用緩蝕劑。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述緩蝕劑為油水井用阻垢緩蝕劑。
根據本發明一些具體實施方案，其中，所述緩蝕劑為用于油水井高pH條件的阻垢緩蝕劑。
綜上所述，本發明提供了一種環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物及其制備和應用。本發明的方法具有如下優點：
采用本發明的制備方法制取的復配環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯綠色阻垢緩蝕劑對碳酸鈣、磷酸鈣的阻垢率均達到90％以上，對N80鋼的緩蝕率達85％以上，且不含膦、氮，滿足油水井阻垢、緩蝕和環保的需要。
具體實施方式
以下通過具體實施例詳細說明本發明的實施過程和產生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發明的實質和特點，不作為對本案可實施范圍的限定。
實施例1
在安裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗、冷凝管的250mL四口燒瓶中首先加入20mL去離子水，然后邊攪拌邊加入9.0g馬來酸酐，待馬來酸酐完全溶解后，繼續在攪拌條件下用35％質量分數(用去離子水配制)的氫氧化鈉溶液調節pH為8，并保持攪拌2min；用恒溫水浴將燒瓶升溫至45℃，加入0.2g催化劑鉬酸鈉至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％質量分數的雙氧水8mL，滴加過程中每隔1min用上述氫氧化鈉溶液調節溶液保持pH為7，滴加完畢后，升溫至60℃，反應1h。升溫至80℃，加入引發劑1.0g過硫酸鈉，以2s每滴的速度滴加2.0g丙烯酸羥丙酯，滴加完畢后反應2h。冷卻至20℃，攪拌狀態下依次加入0.3g鉬酸鈉，0.5g葡萄糖酸鈉，反應1h，得產品。其中在得到的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物中，m為4，n為4。由紅外光譜可知，雙鍵峰的消失說明單體在反應中雙鍵已經打開，彼此發生了共聚反應。3440cm-1為-CH2CH(OH)CH3中分子內氫鍵締合的O-H伸縮振動吸收峰，1716cm-1為羧基中羰基的伸縮振動峰，1620cm-1為酯基中羰基的伸縮振動吸收峰，1152cm-1為酯中C-O的伸縮振動峰，1113cm-1為環氧琥珀酸中COC的伸縮振動峰，由此可證明合成物質是環氧琥珀酸-丙烯酸羥丙酯的共聚物。
在pH＝9，加藥量為12mg/L時，對碳酸鈣的阻垢率為94.36％，對磷酸鈣的阻垢率為92.32％，對N80鋼的緩蝕率為88.7％。
實施例2：
在安裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗、冷凝管的250mL四口燒瓶中首先加入35mL去離子水，然后邊攪拌邊加入10.2g馬來酸酐，待馬來酸酐完全溶解后，繼續在攪拌條件下用50％質量分數(用去離子水配制)的氫氧化鉀溶液調節pH為8，并保持攪拌2min；用恒溫水浴將燒瓶升溫至55℃，加入0.4g催化劑鉬酸鈉至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％質量分數的雙氧水13mL，滴加過程中每隔1min用上述氫氧化鉀溶液調節溶液保持pH為8，滴加完畢后，升溫至75℃，反應1.5h。升溫至90℃，加入引發劑1.5g過硫酸鈉，以2s每滴的速度滴加3.0g丙烯酸羥丙酯，滴加完畢后反應4h。冷卻至25℃，攪拌狀態下依次加入0.5g鉬酸鈉，1.0g葡萄糖酸鈉，反應2h，得產品。其中在得到的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物中，m為5，n為4。由紅外光譜可知，雙鍵峰的消失說明單體在反應中雙鍵已經打開，彼此發生了共聚反應。3450cm-1為-CH2CH(OH)CH3中分子內氫鍵締合的O-H伸縮振動吸收峰，1717cm-1為羧基中羰基的伸縮振動峰，1623cm-1為酯基中羰基的伸縮振動吸收峰，1154cm-1為酯中C-O的伸縮振動峰，1110cm-1為環氧琥珀酸中COC的伸縮振動峰，由此可證明合成物質是環氧琥珀酸-丙烯酸羥丙酯的共聚物。
在pH＝9，加藥量為12mg/L時，對碳酸鈣的阻垢率為94.27％，對磷酸鈣的阻垢率為92.33％，對N80鋼的緩蝕率為88.6％。
實施例3：
在安裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗、冷凝管的250mL四口燒瓶中首先加入30mL去離子水，然后邊攪拌邊加入9.8g馬來酸酐，待馬來酸酐完全溶解后，繼續在攪拌條件下用50％質量分數(用去離子水配制)的氫氧化鈉溶液調節pH為8，并保持攪拌2min；用恒溫水浴將燒瓶升溫至55℃，加入0.3g催化劑鉬酸鈉至完全溶解，以3s每滴的速度滴加30％質量分數的雙氧水12mL，滴加過程中每隔1min用上述氫氧化鈉溶液調節溶液保持pH為8，滴加完畢后，升溫至70℃，反應1.5h。升溫至85℃，加入引發劑1.2g過硫酸鈉，以2s每滴的速度滴加2.5g丙烯酸羥丙酯，滴加完畢后反應3h。冷卻至25℃，攪拌狀態下依次加入0.4g鉬酸鈉，0.7g葡萄糖酸鈉，反應2h，得產品。其中在得到的環氧琥珀酸/丙烯酸羥丙酯共聚物中，m為4，n為3由紅外光譜可知，雙鍵峰的消失說明單體在反應中雙鍵已經打開，彼此發生了共聚反應。3448cm-1為-CH2CH(OH)CH3中分子內氫鍵締合的O-H伸縮振動吸收峰，1720cm-1為羧基中羰基的伸縮振動峰，1621cm-1為酯基中羰基的伸縮振動吸收峰，1150cm-1為酯中C-O的伸縮振動峰，1115cm-1為環氧琥珀酸中COC的伸縮振動峰，由此可證明合成物質是環氧琥珀酸-丙烯酸羥丙酯的共聚物。
在pH＝9，加藥量為12mg/L時，對碳酸鈣的阻垢率為94.41％，對磷酸鈣的阻垢率為92.39％，對N80鋼的緩蝕率為88.7％。