[发明专利]基于纳米技术制备的葡甘聚糖及其在石油工业中的应用

说明书

本发明公开了一种生产纳米葡甘露糖的方法，包含多个步骤，使得原料在粉碎筒内粉碎加工15‑90分钟，同时控制搅拌棒的转动速度为500‑4000转/分，并且将超声波的频率控制在20k‑50kHz的范围内，最后在气流粉碎机内精细化10‑70分钟；最终生产出粒径为200‑400nm内的纳米葡甘聚糖，并且该葡甘聚糖的分子量分布被控制在10万‑20万Da内。将这些纳米葡甘聚糖中加入生物酶制剂形成暂堵剂，黏度性能获得显著提高，具有更加优秀的性能。本发明利用这些大分子物质相互桥接，在井壁上形成薄而坚韧的隔膜，粘附性强，可以封堵裂缝，承压变形能力强，具有较好的伸长率，同时容易进行破胶返排。

技术领域

本发明涉及一种纳米细化技术，还涉及利用该技术制备的葡甘聚糖及其在石油工业中的应用。

背景技术

纳米(英语：nanometre)是长度单位，国际单位制符号为nm。原称毫微米，就是10^-9米(10亿分之一米)，即10^-6毫米(1000000分之一毫米)。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。国际通用名称为nanometer，简写nm。

目前纳米粒子的制备方法一般分为两大类：物理方法和化学方法。物理方法又称为粉碎法，它是将固体材料由大变小，即将块状物质粉碎制得纳米粉体粒子；化学方法又称构筑法，它是由下限原子、离子、分子通过成核和生长两个阶段合成纳米材料。以化学为基础之纳米粉体制造方法可以得到数纳米之粉体。但制造成本有时相当高，且不易放大，粒径分布亦较不均匀。超微粉碎是指利用机械或流体动力的途径将物粒颗粒粉碎至小粒径的过程。

根据破坏物质分子间内聚力的方式不同，目前的超微粉碎设备可分为机械粉碎机、气流粉碎机、超声波粉碎机等。

目前，纳米粉碎设备主要有多维摆动式高能纳米球磨机、多层次分级纳米球磨机、高速纳米粉碎机、高速剪切超细粉碎机、气流粉碎机、超声波纳米粉碎机等。

魔芋加工后精粉的主要成分为葡甘聚糖，又称魔芋葡甘聚糖(KGM)，葡甘聚糖是已知植物胶中黏度最大的天然高分子多糖，由葡萄糖和甘露糖聚合形成杂多糖。平均分子量为20万-200万，外形呈白色或奶油至淡棕黄色粉末，是由分子比为1：1.6的葡萄糖和甘露糖残基通过β-(1，4)-糖苷键聚合而成，在某些糖残基C-3上存在β(1，3)糖苷键组成的支链，主链上每32-80个糖残基有1个支链，每条支链有几个至几十个糖残基，主链上大约每19个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰基。利用光散射法测得的KGM 重均分子量为1.12×10⁶或2.619×10⁵，而测得KGM的粘均分子量为8.09× l0⁵。KGM固体具有规律性的纤维链形貌，KGM之间存在大量氢键，并未形成稳定的结晶，而是以无定形态存在；KGM在水的存在下，将在分子链间形成大量的氢键以维持溶液中胶粒的状态，且胶粒的大小在纳米级。

魔芋葡甘聚糖具有多种优良的特性，如凝胶性、可食用性、成膜性等，故在食品、医药、化工等各个生产领域有着广泛的用途。但魔芋葡葡甘聚糖具有溶解度低、流动性差等特性，其应用受到一定的限制，为进一步提高KGM 的性能，扩大其应用范围，通常通过物理法、化学法和生物法等手段对其进行降解。

高分子聚合物的断裂在微观上大体上可分为分子间滑脱、范德华力或氢键破坏和化学键破坏三种类型。前两种类型的破坏并不会造成分子的降解，只有化学键的破坏才可能造成分子的降解。聚合物在聚合塑炼、熔融挤出，以及高分子溶液受强烈搅拌或超声波作用时，都可能使大分子链断裂而降解。魔芋葡甘聚糖的机械力化学降解现象对于实际生产具有重要的启发意义。