專(zhuān)利名稱(chēng)：減阻聚合物懸浮液的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減阻聚合物懸浮液及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于制備超高分子量的、可溶于烴的聚合物懸浮液的方法。
減阻劑是顯著減小流體湍流所引起的摩擦損失的物質(zhì)。當(dāng)流體被長(zhǎng)距離輸送時(shí)(例如在石油和其他烴液體管線(xiàn)中的情況)，上述摩擦損失導(dǎo)致了低效率，而這種低效率將增加設(shè)備和操作成本。已知超高分子量聚合物是效果良好的減阻劑，而對(duì)于烴液體尤其如此。一般而言，阻力的減小程度取決于聚合物添加劑的分子量及其在湍流下在烴中溶解的能力。典型的有效的減阻聚合物具有高于五百萬(wàn)的分子量。
減阻聚合物是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。此類(lèi)技術(shù)具有代表性的(但不是全部的)例子是美國(guó)專(zhuān)利第3,692,676號(hào)(其中講述了通過(guò)添加少量高分子量非結(jié)晶聚合物減少可用泵通過(guò)管線(xiàn)輸送的流體的摩擦損失或阻力的方法)和美國(guó)專(zhuān)利第3,884,252號(hào)(其中講述了聚合物碎片作為減阻材料的使用)。這些材料是極具粘彈性的，并且除作為減阻材料外通常沒(méi)有已知的其他用途。但是，正是那些讓這些材料成為有效的減阻添加劑的性質(zhì)使它們因?yàn)榧词乖诘陀谑覝氐臏囟认氯跃哂袊?yán)重的冷流和重新團(tuán)塊化的傾向而難以處理。在加壓的條件下，例如在堆垛或碼垛堆集時(shí)，冷流變得甚至更加強(qiáng)烈并且很快發(fā)生重新團(tuán)塊。
非交聯(lián)彈性聚合物(彈性體)的冷流和團(tuán)塊化的普遍傾向是眾所周知的。此類(lèi)聚合物無(wú)法在造粒或制成不連續(xù)的形狀并在儲(chǔ)藏適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，材料又不會(huì)不流動(dòng)到一起形成大的團(tuán)塊。由于這些困難，一般以大包的形式運(yùn)輸和使用彈性體。但是，必須在昂貴的設(shè)備上處理這些大包而且不能將其預(yù)混合。另外，由于冷流極為嚴(yán)重，對(duì)例如上述減阻添加劑的聚合物進(jìn)行打包并不容易。此外，此類(lèi)減阻材料從聚合物狀態(tài)溶解在流動(dòng)著的烴中到達(dá)到溶解狀態(tài)的溶解時(shí)間很長(zhǎng)，以至嚴(yán)重降低了該材料作為減阻物質(zhì)的效率。
為了克服冷流聚合物本身固有的缺點(diǎn)，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試。此類(lèi)技術(shù)的具有代表性的(但不是全部的)例子描述于美國(guó)專(zhuān)利第3,791,913號(hào)(其中對(duì)彈性體小球進(jìn)行了表面固化即硫化至較淺的深度以將聚合物的非硫化的內(nèi)部維持在已固化物質(zhì)的“袋”中)和美國(guó)專(zhuān)利第4,147,677號(hào)(其中描述了通過(guò)與填充劑和油混合制備經(jīng)中和的磺化彈性體的自由流動(dòng)的、精細(xì)分割的粉的方法)中。該參考文獻(xiàn)沒(méi)有講述制造非彈性體材料的自由流動(dòng)的粉的方法。美國(guó)專(zhuān)利第3,736,288號(hào)講述了為將減阻聚合物加入在管道中流動(dòng)的液體中而使得減阻聚合物在惰性的、通常為液體的載體中的溶解。通過(guò)改變聚合物顆粒的顆粒度產(chǎn)生了“交錯(cuò)溶解”(staggered dissolution)效應(yīng)。也可以使用懸浮液或表面活性劑。盡管該方法是用于環(huán)氧乙烷聚合物的，對(duì)于可溶于烴的聚合物也同樣是有用的。美國(guó)專(zhuān)利第4,088,622號(hào)描述了通過(guò)以直接結(jié)合在通過(guò)液體介質(zhì)的材料表面上的涂層的形式加入抗氧化劑、潤(rùn)滑劑和增塑劑以及潤(rùn)濕劑從而制造改進(jìn)的模制減阻涂層的方法。美國(guó)專(zhuān)利第4,340,076號(hào)講述了溶解超高分子量烴聚合物和液體烴的方法，在該方法中，通過(guò)冷凍至低溫并將形成的聚合物粉碎至不連續(xù)的顆粒并將這些材料在近似低溫的溫度下與液體烴接觸以更快地溶解聚合物。美國(guó)專(zhuān)利第4,341,078號(hào)通過(guò)在仍處于低溫溫度下時(shí)向有毒液體內(nèi)注射低溫研磨聚合物顆粒的料漿而將有毒液體固定于容器中。美國(guó)專(zhuān)利第4,420,440號(hào)講述了通過(guò)在溫度仍為低溫時(shí)將所述烴與低溫研磨聚合物顆粒的料漿相接觸而通過(guò)將足夠的聚合物溶解形成半固體稠度的不流動(dòng)的材料收集泄漏的烴的方法。
一些現(xiàn)行的減阻體系將含高百分率的溶解的超高分子量聚合物的減阻聚合物溶液注入容納有烴的管道中。減阻聚合物溶液在低溫下通常是非常稠和難以處理的。取決于烴的溫度和和注射減阻聚合物的濃度，溶解和獲得減阻需消耗相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。在有些情況下，盡管一旦終于發(fā)生溶解可以大大加強(qiáng)減阻，溶解此類(lèi)型的固體聚合物可能需要數(shù)日。另外，當(dāng)聚合物含量增加時(shí)，此類(lèi)超高分子量聚合物溶液將變得非常粘，在有些情況下，這將這些溶液的實(shí)際應(yīng)用限制在不高于約15重量％聚合物以?xún)?nèi)。這使得在對(duì)經(jīng)計(jì)量的量的減阻材料進(jìn)行儲(chǔ)存、溶解、用泵輸送和注射至流動(dòng)的烴中使用復(fù)雜的設(shè)備成為必需。
另一種將超高分子量聚合物引入流動(dòng)中的烴物流的方法是通過(guò)懸浮液實(shí)現(xiàn)的。將超高分子量聚合物懸浮在不溶解或僅部分溶解超高分子量聚合物的液體中。隨后將該懸浮液引入流動(dòng)中的烴物流中。超高分子量聚合物重新團(tuán)塊的傾向使得這些懸浮液的制造變得困難。一種控制超高分子量聚合物重新團(tuán)塊的傾向的方法是用隔離劑(有時(shí)稱(chēng)作涂層材料)部分包覆聚合物顆粒從而降低這些聚合物重新團(tuán)塊的能力。美國(guó)專(zhuān)利第4,584,244號(hào)(該文通過(guò)引用結(jié)合于此)描述了將聚合物研磨并隨后用氧化鋁涂層從而形成自由流動(dòng)的粉末的方法。該領(lǐng)域中使用的隔離劑的其它例子包括滑石、磷酸三鈣、硬脂酸鎂、氧化硅、聚酐聚合物、空間位阻烷基酚抗氧化劑和石墨。有些使用例如美國(guó)專(zhuān)利第4,720,397、4,826,728和4,837,249號(hào)中描述的“涂層劑”(該術(shù)語(yǔ)包括某些以上定義為“隔離劑”的化合物)的方法需要將聚合物用多層涂層劑包圍以保護(hù)核心以避免其暴露于水和氧中。為變得有效，這些方法需要巨大的量的涂層劑，另外，因?yàn)榈湫偷赝繉觿┎徽掣皆谄渥陨砩?，該方法很少有用。另外，由于多層涂層劑使烴不能到達(dá)聚合物核心，這些方法產(chǎn)生的組合物將會(huì)有溶解問(wèn)題。此外，這些專(zhuān)利中所描述的方法需要在惰性氣氛(即不含氧和水的氣氛)中將聚合物用涂層劑涂層。這需要特殊的、蒸氣氣密的設(shè)備，而這種設(shè)備的維護(hù)是昂貴的。
所需要的是不需要惰性環(huán)境和極大量隔離劑的制造減阻劑的方法。該組合物應(yīng)容易溶解于烴中。最后，為了易于運(yùn)輸和注入烴中，應(yīng)將該組合物懸浮在流體中。
因此，在此將生產(chǎn)減阻懸浮液的方法公開(kāi)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案涉及制備減阻聚合物懸浮液的方法，其中將超高分子量聚合物與含冷凍劑和氧、空氣或氧和空氣的混合物的氣氛混合。隨后在低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下將聚合物研磨以形成研磨聚合物。隨后將研磨聚合物與懸浮流體混合以形成減阻聚合物懸浮液。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，通過(guò)將超高分子量聚合物冷卻至低于約30℃制備減阻聚合物懸浮液。隨后將聚合物切碎以形成切碎的聚合物并隨后在預(yù)冷卻設(shè)備中預(yù)冷卻至低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度。將切碎的聚合物與隔離劑混合并注入氧、空氣或其混合物。隨后在低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下將聚合物/隔離劑混合物研磨，并在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下與懸浮流體混合。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減阻聚合物懸浮液是易于運(yùn)輸?shù)牟⑶也恍枰訅旱幕蛱厥獾膬?chǔ)存、運(yùn)輸或注入設(shè)備。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減阻聚合物快速溶解于流動(dòng)的烴物流中。本發(fā)明的又另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于極大地降低了減阻聚合物的重新團(tuán)塊，這樣就使制造過(guò)程中的處理更容易。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減阻聚合物懸浮液是穩(wěn)定的，這樣就使得存放時(shí)間更長(zhǎng)并且平衡了用戶(hù)需求和制造時(shí)間。另外，減阻聚合物的生產(chǎn)不需要惰性環(huán)境。


圖1是制造減阻聚合物懸浮液的設(shè)備的示意圖。
在本發(fā)明中，在低于聚合物或聚合物共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下將超高分子量聚合物研磨并隨后與懸浮流體混合。這些聚合物通常不是高度結(jié)晶的。典型地，超高分子量聚合物具有高于1百萬(wàn)的分子量，優(yōu)選具有高于5百萬(wàn)的分子量。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著聚合物類(lèi)型的不同而改變，并且典型地在-10℃至-100℃(14°F至-148°F)之間。該溫度可以隨著特定聚合物或聚合物共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)而改變，但是此研磨溫度通常必須低于構(gòu)成聚合物共混物的聚合物的最低玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
典型地，優(yōu)選的超高分子量聚合物是具有四至二十個(gè)碳原子之間的碳鏈長(zhǎng)度的單體構(gòu)成的線(xiàn)形聚(α-烯烴)或兩種或更多種此類(lèi)線(xiàn)形聚(α-烯烴)的混合物。這些線(xiàn)形聚(α-烯烴)的典型的例子包括但不限于聚(α-辛烯)、聚(α-癸烯)和聚(α-十二烯)。超高分子量聚合物可以是共聚物，即由兩種或更多種不同類(lèi)型的單體構(gòu)成的聚合物，只要所使用的所有單體都具有四至二十個(gè)碳原子之間的碳鏈長(zhǎng)度即可。可溶于液態(tài)烴的具有大致相似性質(zhì)的其它聚合物也可用于本發(fā)明中。
如附
圖1中所示，將超高分子量聚合物輸送至粗切碎機(jī)110。粗切碎機(jī)110將聚合物的大塊切碎成小聚合物塊，典型地直徑為在0.5至1.75厘米(1/4英寸至5/8英寸)之間。盡管粗切碎機(jī)110可以操作于室溫下，優(yōu)選將粗切碎機(jī)110中的聚合物冷卻至30℃(85°F)以下?？梢允褂靡簯B(tài)、氣態(tài)或固態(tài)冷凍劑或其混合物將粗切碎機(jī)110中的聚合物從內(nèi)部冷卻或從外部冷卻或從內(nèi)部、外部?jī)商幚鋮s，但最普遍使用的是將液態(tài)冷凍劑(例如液氮、液氦、液氬或兩種或更多種此類(lèi)冷凍劑的混合物)噴入粗切碎機(jī)110。在加入聚合物之前將粗切碎機(jī)110預(yù)冷卻可能是有益的。預(yù)冷卻粗切碎機(jī)的步驟可以通過(guò)類(lèi)似于用于冷卻粗切碎機(jī)110中的聚合物的方法實(shí)現(xiàn)。可以將少量隔離劑(基于總混合物的重量計(jì)典型地少于約10％并優(yōu)選少于約8％)用于粗切碎機(jī)110中以避免小聚合物塊的團(tuán)塊化。隔離劑包括硬脂酸鈣、氧化鋁、滑石、粘土、磷酸三鈣、硬脂酸鎂、聚酐聚合物、空間位阻烷基酚抗氧化劑、石墨和硬脂酰胺。隔離劑應(yīng)與烴流體相容并且不與聚合物、懸浮流體和磨料發(fā)生反應(yīng)或僅發(fā)生很少的反應(yīng)。為將小聚合物塊的重新團(tuán)塊降至可以接受的程度，加入粗切碎機(jī)110的隔離劑的各個(gè)顆粒必須足夠小。典型地，將加入粗切碎機(jī)110的隔離劑切碎至細(xì)小的、可以通過(guò)140目篩子的尺寸。
粗切碎機(jī)110不需要是蒸氣氣密的，并且，典型地，盡管粗切碎機(jī)110中的氣氛富含源于冷卻過(guò)程的冷凍劑，通常上述氣氛含有源于環(huán)境空氣的大量氧和水蒸汽。
隨后將粗粉碎機(jī)110中形成的聚合物小塊輸送至預(yù)冷卻器120。該輸送過(guò)程可以使用任何數(shù)量的典型固體處理方法進(jìn)行，但最經(jīng)常通過(guò)螺旋或氣動(dòng)輸送系統(tǒng)的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)。預(yù)冷卻器120可以是帶有用于將液態(tài)冷凍劑(例如液態(tài)氮、氦、氬或其混合物)噴灑到小聚合物塊上的噴嘴的封閉螺旋輸送器。與粗切碎機(jī)110相類(lèi)似，預(yù)冷卻器120通常不是蒸氣氣密的并且含有存在于環(huán)境空氣的氧和水蒸汽。盡管也可以單獨(dú)使用氣態(tài)冷凍劑，但冷卻效率經(jīng)常太低。
除冷凍劑外，應(yīng)將空氣注入預(yù)冷卻器中。在研磨過(guò)程中，在聚合物顆粒的表面生成自由基。這些表面自由基將與存在于低溫磨中的氧反應(yīng)。通過(guò)減少表面自由基，也可以降低表面粘性，使得下游設(shè)備中聚合物重新團(tuán)塊的可能性下降?？梢允褂铆h(huán)境空氣，并經(jīng)常將其通過(guò)部分膨脹冷卻。也可以將液態(tài)或氣態(tài)氧代替空氣注入。應(yīng)注入足夠的空氣或氧從而與全部表面自由基(一般至少為1％)反應(yīng)。預(yù)冷卻器中的氣氛的氧含量?jī)?yōu)選至少4％，最優(yōu)選6％的含量(均為體積百分?jǐn)?shù))。由于此后的低溫研磨步驟產(chǎn)生聚合物粉塵，不應(yīng)允許氧含量達(dá)到可燃/爆炸極限。因此，將聚合物周?chē)臍夥罩械难鹾肯拗圃谔囟ǖ木酆衔?隔離劑混合物的可燃度極限以下或加入其他可燃度抑制劑是重要的。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，可以在超高分子量聚合物在預(yù)冷卻器120中冷卻之前將磨料加入。優(yōu)選的磨料是具有-100℃至25℃(-148°F至77°F)之間的熔點(diǎn)的材料或在混合槽150中生產(chǎn)懸浮液時(shí)在此處公開(kāi)的條件下完全溶解于懸浮流體中的材料。磨料的例子包括冰(凍結(jié)的水)、蔗糖、葡萄糖、乳糖、果糖、右旋糖、糖精鈉、天冬甜素、固體碳酸亞丙酯、固體碳酸亞乙酯、固體叔丁醇、固體叔戊醇、環(huán)己醇、苯酚及其混合物。如果此類(lèi)固體在室溫下處于液態(tài)，則它們必須不是超高分子量聚合物的溶劑并且不應(yīng)是希望減阻的烴液體或混合物的污染物或與之不相容。磨料顆?？梢允侨魏涡螤畹模湫偷哪チ项w粒是被壓碎的或具有小球或立方體的形式。磨料顆粒優(yōu)選具有與小聚合物塊相同或更小的尺寸并更優(yōu)選直徑在1mm至6mm(1/32英寸至1/4英寸)之間。盡管加入的磨料的量不是關(guān)鍵性的，典型地，磨料的加入量使聚合物/磨料混合物基于總混合物的重量以磨料的重量計(jì)為約1％至約50％之間，其余的是高分子量聚合物。磨料的使用使得所需隔離劑量的降低成為可能。
除磨料之外，典型地，也將隔離劑加入預(yù)冷卻器120。隔離劑的量將取決于多個(gè)因素，其中包括特定隔離劑的功效、最終將聚合物溶解于其中的烴以及聚合物類(lèi)型本身。一般而言，隔離劑的量將小于聚合物/磨料/隔離劑混合物總重量的50％，更經(jīng)常小于聚合物/磨料/隔離劑混合物總重量的35％。正如熟悉本領(lǐng)域的人員可以意識(shí)到的，典型地，減少隔離劑的量將降低隔離劑聚合物的比并減少裝運(yùn)重量。但是，由于隔離劑起降低聚合物顆粒的團(tuán)塊的作用，將隔離劑的濃度降低至適當(dāng)?shù)乃街聲?huì)使處理變得困難。盡管如此，隔離劑的處于聚合物顆粒周?chē)娜魏味鄬託さ纳啥际遣幌Ｍ牟?yīng)在可能的時(shí)候加以避免。加入預(yù)冷卻器120的聚合物可以具比加入粗切碎機(jī)110的聚合物顆粒大的顆粒度，例如小球或塊，只要可以將顆粒在低溫磨中研磨即可。通常25mm或更大的顆粒度是可以處理的。
典型的預(yù)冷卻器中的最終聚合物/隔離劑/磨料混合物是聚合物大于45％、隔離劑小于50％、其余為任何可能已被加入的磨料。實(shí)際的組成依特定的條件而變化。
預(yù)冷卻器120將小聚合物塊、隔離劑和磨料(“聚合物混合物”)的溫度降低至聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下。該溫度優(yōu)選低于-130℃(-202°F)并最優(yōu)選低于-150℃(-238°F)。這些溫度可以用任何已知的方法產(chǎn)生，但優(yōu)選使用例如直接噴灑到聚合物上的、基本由液氮、液氦、液氬或兩種或更多種此類(lèi)冷卻劑構(gòu)成的液態(tài)冷卻劑，其原因在于這樣做得到的氣氛降低或消除了將聚合物顆粒與含氧氣氛混合時(shí)所存在的危險(xiǎn)?？梢哉{(diào)整液態(tài)冷凍劑的加入速度以將聚合物維持在優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)。
將聚合物混合物在預(yù)冷卻器120中冷卻后，將其輸送至低溫磨130。再一次地，該輸送過(guò)程可以使用任何典型固體處理方法進(jìn)行，但經(jīng)常使用螺旋或氣動(dòng)輸送系統(tǒng)進(jìn)行?？梢詫⒁簯B(tài)冷凍劑加入低溫磨130以將低溫磨130中的超高分子量聚合物的溫度維持在超高分子量聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下。低溫磨中的氣氛含有源于環(huán)境空氣的水蒸汽和氧。宜將低溫磨中的氧控制在15％以下以減少將聚合物研磨至粉塵尺寸的顆粒所帶來(lái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，將該液態(tài)冷凍劑在低溫磨130的入口處加入聚合物混合物。必須將低溫磨的溫度保持在聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下。優(yōu)選將低溫磨的溫度維持在-130℃至-155℃(-202°F至-247°F)之間。低溫磨130可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何類(lèi)型的低溫磨，例如錘式粉碎機(jī)或磨碎低溫磨。在磨碎低溫磨中，將聚合物混合物在快速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)和固定的盤(pán)之間研磨從而形成直徑10至800微米之間的小顆粒。
隨后將在低溫磨130中形成的小顆粒輸送至分離器140。多數(shù)液體冷凍劑在分離器140中蒸發(fā)。分離器140的作用是將主要為蒸發(fā)的冷凍劑的氣氛與固體顆粒分離以及將較大的顆粒與較小的顆粒分離。分離器140可以是任何已知類(lèi)型的適合用于對(duì)此類(lèi)顆粒度的顆粒進(jìn)行分離的分離器，包括旋轉(zhuǎn)篩、振動(dòng)篩、離心分離器和施風(fēng)分離器。分離器140將源于低溫磨130的主要為蒸發(fā)的冷凍劑的氣氛部分排出，并將顆粒分離成具有小于約400微米直徑的第一部分和具有約400微米或更大直徑的第二部分。將約400微米或更大的第二部分顆粒丟棄或優(yōu)選地出于循環(huán)的目的將其送回預(yù)冷卻器以便重新研磨。隨后將小于約400微米的第一部分顆粒輸送至混合槽150。400微米的顆粒度是名義上的并且可以改變或具有約100至約500微米的任何分布，這取決于分離器、操作條件及所希望的最終用途。
在顆粒形態(tài)時(shí)，必須將小顆粒的溫度維持在磨料的熔化溫度以下，優(yōu)選將該溫度維持在聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下。典型地，高溫會(huì)引起聚合物重新團(tuán)塊化，形成固體橡膠狀物。
將小顆粒(第一部分)與懸浮流體在混合槽150中混合以形成懸浮流體/聚合物顆粒/磨料/隔離劑混合物。懸浮流體是任何屬超高分子量聚合物的非溶劑并與烴流體相容的液體。普遍使用水，也可以使用其他含氧溶劑，包括某些長(zhǎng)鏈醇(例如異辛醇、己醇、癸醇和異癸醇)、環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的低分子量聚合物(例如聚丙二醇和聚乙二醇)、二醇(例如丙二醇和乙二醇)和其他含氧有機(jī)溶劑(例如乙二醇二甲醚和乙二醇單甲醚)以及這些溶劑的混合物和這些溶劑與水的混合物。混合槽150可以是任何類(lèi)型的被設(shè)計(jì)用來(lái)攪拌混合物以獲得懸浮流體聚合物顆?；旌衔锏木鶆蚪M成的容器，典型的是帶有攪拌的罐式反應(yīng)器。混合槽150的功能是形成聚合物顆粒在懸浮流體中的懸浮液。磨料顆?？梢栽诨旌喜壑腥刍瘡亩c載體流體混合或者可以溶解。盡管熟悉本領(lǐng)域的人員可以意識(shí)到在聚合物顆粒剛被加入到混合槽150中時(shí)聚合物顆粒的溫度可能低于其玻離化轉(zhuǎn)變溫度，在混合過(guò)程中混合槽150的溫度大致高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度?？梢栽趯⒀心ゾ酆衔镱w粒與懸浮流體混合之前、在混合過(guò)程中或在混合之后向混合槽加入其他組份以幫助形成懸浮液和/或維持懸浮液。例如，可以出于防凍的目的或作為密度平衡劑加入二醇(例如乙二醇或丙二醇)。二醇的加入量可以如所需要的在懸浮流體的10％至60％之間?？梢允褂脩腋∫悍€(wěn)定劑以幫助維持超高分子量聚合物顆粒的懸浮液。典型的懸浮液穩(wěn)定劑包括滑石、磷酸三鈣、硬脂酸鎂、氧化硅、聚酐聚合物、空間位阻烷基酚抗氧化劑、石墨和酰胺蠟(例如硬脂酰胺、乙撐雙硬脂酰胺和油酰胺)?？梢约尤霛?rùn)濕劑(例如表面活性劑)以幫助將聚合物顆粒分散從而形成均勻的混合物。優(yōu)選非離子表面活性劑(如線(xiàn)形仲醇乙氧化物、線(xiàn)形醇乙氧化物、烷基酚乙氧化物)和陰離子表面活性劑(如烷基苯磺酸鹽和醇乙氧化物硫酸鹽，例如十二烷基硫酸鈉)。基于懸浮流體的重量，所加入的潤(rùn)濕劑的量可以為0.01％至1％之間，但優(yōu)選0.01％至0.1％之間。為了避免在攪拌過(guò)程中懸浮流體/聚合物顆粒/磨料混合物起泡，可以使用適當(dāng)?shù)南輨?，典型的是基于硅或油的可以?gòu)得的消泡劑。一般而言，使用不超過(guò)懸浮流體的1重量％的有效消泡劑。代表性的(但不是全部的)消泡劑的例子是美國(guó)密執(zhí)安州Midland的Dow Corning擁有商標(biāo)并銷(xiāo)售的消泡劑和Witco Chemical Company的有機(jī)部門(mén)擁有商標(biāo)并銷(xiāo)售的Bubble Breaker產(chǎn)品。可以用非氧化性氣體(例如氮、氬、氖、二氧化碳、一氧化碳、氣態(tài)氟或氯、或烴(例如丙烷或甲烷)或其它類(lèi)似氣體)覆蓋混合槽150，或在加入聚合物顆粒的過(guò)程中將非氧化性氣體噴入混合槽150以降低由于小聚合物顆粒間的相互作用而引起的著火或爆炸的危險(xiǎn)。
將懸浮流體/聚合物/磨料顆?；旌衔飻嚢枰孕纬删鶆虻幕旌衔锖?，可以加入增稠劑以增加混合物的粘度。粘度的增加減緩了懸浮液的分層。典型的增稠劑是高分子量水溶性聚合物，包括多糖、xanthum gum(黃原膠)、羧甲基纖維素、瓜爾膠和羥乙基纖維素。當(dāng)以水作為懸浮流體時(shí)，懸浮流體的pH應(yīng)為堿性，優(yōu)選高于9從而抑制微生物的生長(zhǎng)。
在混合槽中的攪拌得到的產(chǎn)物是適于用作減阻劑的減阻聚合物在懸浮流體中的穩(wěn)定懸浮液?？梢噪S后將該懸浮液用泵輸送或以其他方法運(yùn)輸至儲(chǔ)藏處以便以后使用或立即使用。
液態(tài)冷凍劑以及懸浮流體、磨料、隔離劑、清洗劑、消泡劑和增稠劑應(yīng)以有效的量混合以得到所希望的結(jié)果并避免危險(xiǎn)的操作條件。這些量隨各個(gè)處理?xiàng)l件的改變而改變并可以由具有本領(lǐng)域中一般技能的人員確定。另外，當(dāng)指出了溫度和壓強(qiáng)時(shí)，給出的數(shù)值是這些方法中迄今所知的最合理和最好的條件的指導(dǎo)性數(shù)值，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用在這些條件之外的溫度和壓強(qiáng)。以?xún)蓚€(gè)數(shù)值之間來(lái)表示的數(shù)值范圍包含在該范圍中所述數(shù)值。
權(quán)利要求
1.制備減阻聚合物懸浮液的方法，其中包括a)將超高分子量聚合物與包含冷凍劑和氧、空氣或氧和空氣的混合物的氣氛混合；b)將聚合物在低于超高分子量聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下研磨以形成研磨聚合物；和c)將研磨聚合物顆粒與懸浮流體混合以形成減阻聚合物懸浮液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中超高分子量聚合物包含由一種或多種碳鏈長(zhǎng)度為4至20個(gè)碳原子之間的α-烯烴單體制得的線(xiàn)形聚(α-烯烴)或兩種或更多種此類(lèi)線(xiàn)形聚(α-烯烴)的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中冷凍劑選自液氮、液氦、液氬、干冰或其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟b)之前還包括將聚合物與磨料混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中磨料具有約-100℃至約25℃的熔點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中與聚合物混合的磨料的量構(gòu)成了總混合物的小于50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中以體積計(jì)氧在氣氛中的百分比的量大于4％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中以體積計(jì)氧在氣氛中的百分比的量大于6％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中懸浮流體包含水或含氧有機(jī)溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中懸浮流體還包含懸浮液穩(wěn)定劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中懸浮流體還包含一種或更多種選自清洗劑、消泡劑和增稠劑的組份。
12.制備減阻懸浮液的方法，其中包括a)將超高分子量聚合物冷卻至低于約30℃；b)將聚合物切碎以形成切碎的聚合物；c)在預(yù)冷卻器設(shè)備中將切碎的聚合物預(yù)冷卻至低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下；d)將切碎的聚合物與隔離劑混合以形成聚合物/隔離劑混合物；e)向預(yù)冷卻設(shè)備中注入氧、空氣或其混合物；f)將聚合物/隔離劑混合物在低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下研磨以形成研磨聚合物；和g)將研磨聚合物在溫度高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下與懸浮流體混合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中其中超高分子量聚合物包含由一種或多種碳鏈長(zhǎng)度為4至20個(gè)碳原子之間的α-烯烴單體制得的線(xiàn)形聚(α-烯烴)或兩種或更多種此類(lèi)線(xiàn)形聚(α-烯烴)的混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟f)之前還包括將切碎的聚合物與磨料混合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中磨料具有約-100℃至約25℃的熔點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中與切碎的聚合物混合的磨料的量構(gòu)成了總混合物的小于50％。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中以體積計(jì)氧在氣氛中的百分比的量大于4％。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中以體積計(jì)氧在氣氛中的百分比的量大于6％。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中懸浮流體包含水或含氧有機(jī)溶劑。
全文摘要
本文描述了一種減阻懸浮液和制造減阻懸浮液的方法。減阻懸浮液易于運(yùn)輸、無(wú)危險(xiǎn)性、容易處理并且與已有產(chǎn)品相比提供了顯著增加了的減阻能力。
文檔編號(hào)B02C19/18GK1513018SQ02811155
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者R·L·約翰斯頓, K·W·史密斯, R L 約翰斯頓, 史密斯 申請(qǐng)人:科諾科菲力浦公司