[发明专利]一种超疏水超低密度高强度聚苯乙烯微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水超低密度高强度聚苯乙烯微球，原料包括分散剂0.025～15份，苯乙烯10～20份，二乙烯基苯0.5～3份，硅烷0.5～10份，引发剂0.1～0.6份，去离子水50～300份，pH调节剂适量。同时本发明还公开了一种超疏水超低密度高强度聚苯乙烯微球的制备方法，水相和油相配置，混合，调节pH值，升温，抽滤，洗涤。本发明提供了一种超疏水超低密度高强度聚苯乙烯微球及其制备方法，在苯乙烯和二乙烯基苯的自由基聚合体系中引入含双键的硅烷，在悬浮自由基聚合反应过程中同时诱导硅烷水解，获得表面具备强的疏水能力的聚苯乙烯微球。并且，本发明中的方法通过工艺调控，实现了在交联剂二乙烯基苯用量极低的情况下高产率地获得高抗压强度的超疏水聚苯乙烯微球。

技术领域

本发明涉及功能高分子材料技术领域，尤其涉及一种超疏水超低密度高强度聚苯乙烯微球及其制备方法。

背景技术

在石油天然气的开采过程中，石油压裂支撑剂是使地层深处的岩层裂缝保持开裂状态的高强度颗粒支撑物，其作用在于支撑已开裂的裂缝两壁，即使停止高压泵注，井底压力下降到小于岩层闭合压力时，通向地层中各个油气眼的裂缝仍保持张开状态，可以大大提高油气层的渗透性，增加油气田产量。

目前，传统的支撑剂为玻璃球、金属球、石英砂、陶粒等无机物或其包覆物，这些支撑剂普遍存在如下缺点：

1、比重大，都在2.0g/cm³以上，导致在压裂过程中传输支撑剂时流体粘度大、泵压高、能耗大；

2、圆度及球度低，表面不光滑，对设备的磨损严重；

3、容易破碎，导致裂缝过早闭合，影响产量；

4、表面有覆膜，容易产生粘连，造成管道堵塞。

中国专利申请(公布号：CN10396590A，公开日：2014.08.06)公开了一种聚苯乙烯支撑剂及其制备方法和应用。该聚苯乙烯支撑剂，根据质量份数包括：100份单体、0.11-8份引发剂、2-10份无机分散剂、2-7份有机分散剂、0.2-1份补强剂、200-500份去离子水；所述单体为苯乙烯-二乙烯苯混合液。单体为苯乙烯、或苯乙烯-二乙烯苯混合物。交联剂二乙烯苯为苯乙烯质量的0-60％。然而，该申请中公开的制备的聚苯乙烯支撑剂不具有优良的疏水性。

中国专利申请(公布号：CN110256621A，公布日：2019.09.20)公开了一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法。将去离子水，聚乙烯醇，苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂，致孔剂，硅烷偶联剂加入反应容器中，先在室温下搅拌，再升温进行悬浮聚合。将产物水洗，醇洗，过滤，干燥，筛分，得到聚苯乙烯微球。将聚苯乙烯微球灌注硅油，即得密度可调控的超滑聚苯乙烯微球。当致孔剂为甲苯时，聚苯乙烯微球密度大于水；致孔剂为正庚烷时，聚苯乙烯微球密度小于水；致孔剂为甲苯与正庚烷的混合物时，聚苯乙烯微球密度介于两者之间。然而，该申请中，采用有机溶剂来调节聚苯乙烯微球密度，同时利用硅油填充获得，超滑表面。一方面，制备过程中采用有机溶剂，存在有机废液污染问题。另一方面，硅油丧失后会导致超滑表面失效。

中国专利申请(公布号：CN107973873A，公布日：2018.05.01)公开了一种超疏水高抗压苯乙烯-二乙烯基苯共聚物催化剂载体的制备方法。将去离子水、有机物、无机盐和表面活性剂加入到反应容器中，搅拌下加热到40～70℃，再将已混合的苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、叔丁基苯乙烯、过氧化苯甲酰、正庚烷和二氯乙烷的混合物加入，加热至80～95℃，搅拌下进行悬浮聚合反应7～9h后，过滤，固体物用去离子水、无水乙醇洗涤，再用丙酮在索氏提取器中抽提，然后用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥、筛分，即制得超疏水高抗压苯乙烯-二乙烯基苯共聚物催化剂载体。然而，该放法在苯乙烯和二乙烯基苯的自由基共聚合体系中引入了甲基丙烯酸甲酯和叔丁基苯乙烯，制得的微球粉磨压片后的静态水接触角为154.8°，但未研磨处理的微球自身表面并未表现出高的疏水能力。另外，该方法所描述的高抗压强度必须在反应体系中投入质量份接近苯乙烯的二乙烯基苯交联单体，导致微球制备成本高。