Поликатионные вязкоупругие композиции

Поликатионные вязкоупругие композиции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В настоящей заявке испрашивается преимущество приоритета находящейся на рассмотрении предварительной заявки США №60/734465, содержание которой включено здесь путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

В общем случае описанная здесь технология относится к поликатионным четвертичным соединениям аммония и получаемым с их помощью поликатионным вязкоупругим композициям. Поликатионные вязкоупругие композиции по настоящей технологии пригодны для применения в различных областях, где вязкоупругие свойства являются желательной характеристикой. Примерами таких областей применения являются, например, гидравлические жидкости, деэмульгаторы, пенообразователи, органоглины, загустители, биоциды и нефтепромысловые жидкости.

Одна или несколько предпочтительных поликатионных вязкоупругих композиций по настоящей технологии придают полезные реологические свойства водным растворам при относительно низких концентрациях активных ингредиентов (например, бивалентных четвертичных соединений). Полезные реологические свойства, обеспечиваемые с помощью одной или нескольких предпочтительных композиций по настоящей технологии, включают в себя, например, вязкоупругие свойства, повышенную вязкость, снижение вязкости при сдвиге и уменьшение сопротивления течению в движущихся жидкостях.

Уровень техники

Изучены и опубликованы некоторые примеры бисчетвертичных или поликатионных четвертичных соединений аммония. Например, в патенте США №4734277 (автор Login), опубликованном 29 марта 1988 г., описано получение некоторых бисчетвертичных соединений путем взаимодействия третичных аминов с подходящим эпоксидом, таким как эпихлоргидрин, и дополнительно описано, что полученные бисчетвертичные соединения аммония в качестве добавки эффективно используются в такой области косметических применений, как кондиционеры для волос, лосьоны для кожи и т.д.

Еще один пример описан в заявке на патент США 2004/0067855 (авторы Hughes и др.), опубликованной 8 апреля 2004 г., в которой описаны некоторые бисчетвертичные или олигомерные катионные четвертичные соединения аммония, применяемые в составе вязкоупругой жидкости для обработки буровых скважин для регулирования вязкоупругих свойств такой жидкости.

Углеводороды, такие как нефть, природный газ и т.д., получают из геологического пласта, находящегося в недрах земли, путем бурения скважины, при котором вскрывается пласт, насыщенный углеводородами. В результате такого бурения частично обеспечивается путь движения пластового углеводорода, обычно нефти, для выхода его на поверхность. Для того чтобы нефть перемещалась из пласта в буровую скважину (и, в конечном счете, на поверхность), должен существовать достаточно беспрепятственный путь движения через геологический пласт (например, песчаник, карбонатные породы), который обычно появляется в тех случаях, когда в горных породах присутствуют поры достаточного размера и в достаточном количестве.

Обычным затруднением при нефтедобыче является "повреждение" пласта, которое закупоривает поры горных пород и препятствует течению нефти. Кроме того, истощение зон поблизости от буровой скважины вызывает постепенное снижение нефтедобычи. Обычно способы, применяемые для увеличения проницаемости пласта и для обеспечения протяженных каналов, направленных к буровой скважине, называются "интенсификацией". При различных способах интенсификации скважин часто применяются водные гели.

Например, при способе гидроразрыва пласта, который является одним из видов способов интенсификации скважины, в пластах, находящихся в недрах земли, создаются трещины или щели (разрывные нарушения). В способах гидроразрыва пласта гели применяются в качестве среды, которая переносит энергию снаружи пласта, находящегося в недрах земли, к определенным участкам внутри пласта, находящегося в недрах земли, чтобы создать требуемые разрывные нарушения. Энергия для создания разрывных нарушений переносится главным образом в виде давления на пласт путем нагнетания в буровую скважину жидкости для гидроразрыва пласта, где она направляется к требуемым участкам пласта, находящегося в недрах земли. Гели представляют собой относительно несжимаемые жидкости, и давление на пласт, находящийся в недрах земли, прилагается до тех пор, пока воздействие не будет достаточным для создания разрывного нарушения в пласте. После того как разрывное нарушение будет создано, высокая вязкость геля весьма важна, поскольку он протекает во вновь образованные трещины и щели. По мере того как жидкость для гидроразрыва пласта протекает в разрывное нарушение, она переносит в разрывное нарушение расклинивающий наполнитель (например, небольшие частицы песка, керамики или другого твердого материала). После того как воздействие от нагнетания жидкости для гидроразрыва пласта прекращается, расклинивающий наполнитель, который предохраняет разрывные нарушения от замыкания, остается в разрывных нарушениях. Затем жидкость для гидроразрыва пласта удаляется из буровой скважины, и буровая скважина готова для извлечения дополнительных количеств углеводорода(ов).

В более ранней технологии для образования водных гелей, применяемых в качестве жидкостей для гидроразрыва пласта, использовали полисахаридные полимеры. Часто полисахаридные гели являются поперечно сшитыми с помощью добавок, таких как титанаты, цирконаты или бораты. После того как процесс гидроразрыва пласта завершается, как правило, требуется способ выделения таких гелей для удаления их из буровой скважины, который обычно требует значительного количества времени и дополнительных химических реактивов для обработки скважины. Кроме того, полное удаление полимерного геля мало когда достижимо, и полимер, который остается в буровой скважине, может закупоривать поры геологического пласта, тем самым препятствуя течению углеводорода через поры и из пор.

Более поздними технологическими достижениями, которые обеспечивают альтернативы полисахаридным гелям, являются неполимерные гелеобразующие агенты (NPG). NPG являются поверхностно-активными веществами и обычно представляют собой четвертичные соединения аммония (катионные) или амфотерные соединения. Особенно востребованные NPG образуют вязкоупругие растворы (VES), поскольку некоторые свойства VES оказались полезны для способов интенсификации скважин. Одним из таких свойств является способность VES поддерживать расклинивающий наполнитель при более низких вязкостях, чем в растворе полимера. Еще одним полезным свойством является уменьшение трения между движущейся жидкостью и контактирующими с ней поверхностями. Особенно применимым характерным признаком гелей на основе VES является то, что при контакте с углеводородами гели разрушаются, приводя к резкому понижению вязкости. При более низкой вязкости для удаления из буровой скважины жидкости для гидроразрыва пласта не требуется дополнительных химических реагентов для обработки скважины, и требуется меньше времени и средств, чем при использовании полимерных гелеобразующих агентов. Гели на основе поверхностно-активных NPG также можно разрушать другими способами. Кроме того, не похожие на полисахаридные гелеобразующие агенты NPG значительно менее склонны закупоривать углеводород-продуктивные поры в пласте, находящемся в недрах земли.

NPG также полезны для других применений при обработке скважин. Например, они могут уменьшать потери жидкости для гидроразрыва пласта в пластах, находящихся в недрах земли; уменьшать выделение воды из скважин; образовывать гели для очистки буровых скважин; и уменьшать трение между текущими растворами и твердыми объектами.

Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ как в невспениваемых, так и во вспениваемых жидкостях, применяемых для гидроразрыва пластов, находящихся в недрах земли, описано в нескольких патентах, например, в европейском патенте EP 0835983 B1 (авторы Brown и др.), опубликованном 17 декабря 2003 г.; патенте США №5258137 (авторы Bonekamp и др.), опубликованном 2 ноября 1993 г.; патенте США №5551516 (авторы Norman и др.), опубликованном 3 сентября 1996 г.; патенте США №5964295 (авторы Brown и др.), опубликованном 12 октября 1999 г.; и патенте США №5979557 (авторы Card и др.), опубликованном 16 июня 1999 г.

Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ для обработок с целью перекрытия водоносных горизонтов и для избирательной кислотной обработки пласта обсуждается в заявке на британский патент № GB 2332224 A (авторы Jones и др.), опубликованной 16 июня 1999 г; и в публикации Chang F.F., Love T., Affeld C.J., Blevins J.B., Thomas R. L. и Fu D.K. "Case study of a novel acid diversion technique in carbonate reservoirs", Society of Petroleum Engineers, 56529, (1999).

Более поздние достижения в данной области можно найти в заявке на патент США №2004/0102330 A1 (авторы Zhou и др.), опубликованной 27 мая 2004 г., в которой описаны расщепляемые мономерные поверхностно-активные вещества для VES; и в заявке на патент США №2004/0067855 A1 (авторы Hughes и др.), опубликованной 8 апреля 2004 г., в которой описаны олигомерные, анионные или катионные поверхностно-активные вещества для VES (включая их димерные и трехмерные формы).

Традиционные катионные NPG, применяемые в области извлечения углеводородов, представляют собой алкиламины с простой гидрофобной углеродной цепью. Гидрофобные цепи традиционных катионных NPG, применяемых для гидроразрыва пласта, предпочтительно и преимущественно содержат 18 атомов углерода в длину и более предпочтительно - более 18 атомов углерода. Примером одного из таких имеющихся в продаже материалов является ClearFRAC™, поступающий в продажу от компании Schlumberger-Doll Research ("Schlumberger", Ridgefield, Connecticut), то есть хлорид эруцил-N,N-ди-(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония (EHMAC), который, как утверждается, при максимально высоких температурах применения (приблизительно до 250°F (приблизительно 121°С) обеспечивает эксплуатационные характеристики для любой имеющейся в продаже в настоящее время вязкоупругой жидкости для гидроразрыва пласта. Такой продукт, по имеющимся сведениям, содержит менее 3% гидрофобных углеродных цепей, состоящих из 18 или менее атомов углерода. Поскольку промежуточный продукт, применяемый для получения EHMAC, должен очищаться с целью удаления компонентов с алкильными цепями, состоящими из 18 или менее атомов углерода, получение EHMAC обходится значительно дороже, чем других алкиламиновых катионных материалов. Высокая стоимость EHMAC ограничивает число способов интенсификации, при которых EHMAC применяется на многократной основе.

Имеющаяся в продаже альтернатива для ClearFRAC™ представляет собой поверхностно-активную жидкость для гидроразрыва пласта AquaClear™, поступающую в продажу от компании BJ Services Company ("BJ Services", Huston, Texas). В ней также применяется четвертичный алкиламин, однако он менее дорогой, поскольку не требует применения тщательно очищенного промежуточного продукта. Однако максимальная температура применения AquaClear™ составляет приблизительно 170°F (приблизительно 76,7°C), что значительно ниже, чем температура применения ClearFRAC™, составляющая 250°F (приблизительно 121°C).

Несмотря на некоторые очевидные преимущества по сравнению с полисахаридными гелями, гели на основе традиционных NPG также имеют некоторые недостатки. Недостатком является температурное ограничение гелей на основе традиционных поверхностно-активных NPG. Так как глубина скважины увеличивается, температура в стволе буровой скважины обычно также увеличивается и часто может превышать 250°F (приблизительно 121°C). В настоящее время способ с применением традиционных поверхностно-активных NPG при указанных условиях не работает, в то время как полисахаридные гели продолжают производиться. Еще одним недостатком является стоимость, при которой стоимость материала для полисахаридных гелей значительно более низкая, чем стоимость материала для гелей на основе поверхностно-активных NPG.

Еще одним недостатком традиционных поверхностно-активных NPG является их токсичность для окружающей среды и их недостаточная способность к биоразложению. Поскольку катионные алкиламины не полностью разрушаются в окружающей среде, они имеют тенденцию накапливаться. Четвертичные соединения алкиламинов также токсичны для многих живых организмов, поэтому они могут иметь пагубное влияние, особенно на окружающую среду, в которой они накапливаются. В некоторых областях мира установлены законодательные ограничения на химические реагенты, исходя из их вредного воздействия на окружающую среду. Например, в Северном море применение химических реагентов, таких как катионный алкиламин, либо ограничено, либо полностью запрещено.

Следовательно, существует потребность в гелеобразующих агентах, в частности, в вязкоупругих гелеобразующих агентах, которые могут обеспечить все или большую часть преимуществ традиционной NPG-технологии, которые (1) могут обеспечить вязкоупругие свойства при повышенных температурах (выше 80°C или 176°F, и предпочтительно выше 110°C или 230°F); (2) являются более экологически безвредными; и/или (3) более экономически эффективными. Описанная здесь технология отвечает таким потребностям.

Сущность изобретения

Неожиданно было обнаружено, что поликатионные четвертичные соединения аммония по описанной здесь технологии, которые содержат, по меньшей мере, два катионных участка, связанных через сшивающий фрагмент, можно применять в качестве активных ингредиентов для образования вязкоупругих композиций с характерными и полезными свойствами.

Некоторые вязкоупругие композиции по настоящей технологии можно применять, например, в жидкостях для обработки буровых скважин, буровых жидкостях, загустителях, жидкостях для заканчивания скважины, водоотводящих жидкостях и для многих других применений, где требуются загущенные или гелеобразные водные композиции.

Например, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения настоящая технология обеспечивает вязкоупругую жидкость для обработки буровых скважин, содержащую воду, и по меньшей мере, одно поликатионное четвертичное соединение аммония для регулирования вязкоупругих свойств композиции, в которой, по меньшей мере, одно поликатионное четвертичное соединение аммония представляет собой бисчетвертичное соединение следующей общей формулы:

в которой R₂, R₃, R₄ и R₅ представляют собой члены, независимо выбранные из: (a) гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или (b) замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или альтернативно, в которой R₂ и R₃ являются членами гетероциклического кольца, и R₄ и R₅ являются членами другого гетероциклического кольца или независимо выбраны из указанной выше группы (a) или указанной выше группы (b); в которой R₇ представляет собой член, выбранный из группы, состоящей из гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 2 до приблизительно 30 атомов углерода, и замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 2 до приблизительно 30 атомов углерода; в которой R₁ и R₆ представляют собой члены, независимо выбранные из: указанной выше группы (a); указанной выше группы (b) или (c) гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 13 до приблизительно 40 атомов углерода, или замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 13 до приблизительно 40 атомов углерода; в которой, по меньшей мере, один из R₁ или R₆ представляет собой член указанной выше группы (c); и в которой и независимо выбраны из группы, состоящей из: (i) отрицательно заряженных неорганических ионов (ii) органических молекул с одной или несколькими отрицательно заряженными функциональными группами; и (iii) отрицательно заряженных функциональных групп, которые являются частью R₁-R₇.

В качестве другого примера, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения настоящая технология обеспечивает вязкоупругую жидкость для обработки буровой скважины, содержащую воду и эффективное количество, по меньшей мере, одного поликатионного четвертичного соединения аммония, предназначенного для регулирования вязкоупругих свойств жидкости, в которой, по меньшей мере, одно поликатионное четвертичное соединение аммония представляет собой несимметричное бисчетвертичное соединение следующей общей формулы:

в которой R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо выбраны из: (a) гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или (b) замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или альтернативно, в которой R₂ и R₃ являются членами гетероциклического кольца, и R₄ и R₅ являются членами другого гетероциклического кольца или независимо выбраны из указанной выше группы (a) или указанной выше группы (b); в которой R₇ представляет собой член, выбранный из группы, состоящей из гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 2 до приблизительно 30 атомов углерода, и замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 2 до приблизительно 30 атомов углерода; в которой R₁ и R₆ являются членами, независимо выбранными из: указанной выше группы (a); указанной выше группы (b) или (c) гидрокарбильных групп или замещенных гидрокарбильных групп, в которых гидрокарбильные группы или замещенные гидрокарбильные группы содержат приблизительно от 13 до приблизительно 40 атомов углерода и содержат карбоксамиды, карбоксимиды, поликарбоксамиды, поликарбоксимиды, карбоксамидины, карбоксимидины, сложные эфиры карбоновых кислот, сложные эфиры поликарбоновых кислот, карбоновые кислоты, поликарбоновые кислоты, карбоксилаты, поликарбоксилаты, или их комбинации; в которой, по меньшей мере, один из R₁, R₂, или R₃ отличается от каждого из R₄, R₅ и R₆; и в которой и независимо выбраны из группы, состоящей из: (i) отрицательно заряженных неорганических ионов; (ii) органических молекул с одной или несколькими отрицательно заряженными функциональными группами; и (iii) отрицательно заряженных функциональных групп, которые являются частью R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆ или R₇.

Следует принимать во внимание, что бисчетвертичные соединения по настоящей технологии могут быть симметричными или несимметричными.

Кроме того, гидрокарбильные или замещенные гидрокарбильные группы по описанной здесь технологии могут быть алифатическими, ароматическими, ациклическими или циклическими.

Кроме того, компоненты бисчетвертичных соединений по настоящей технологии могут быть получены из любого подходящего источника жирных кислот, такого как животные, растительные источники или источники углеводородов.

В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии, предлагаются модифицированные поликатионные композиции, в которых поликатионные молекулы содержат дополнительные химические функциональные группы. Например, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения применяется поликатионный карбоксилат следующей общей формулы:

в которой R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо выбраны из: (a) гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или (b) замещенных гидрокарбильных групп, содержащих приблизительно от 1 до приблизительно 4 атомов углерода; или альтернативно, в которой R₂ и R₃ являются членами гетероциклического кольца, и R₄ и R₅ являются членами другого гетероциклического кольца или независимо выбраны из указанной выше группы (a) или указанной выше группы (b); в которой R₁ и R₆ представляют собой члены, независимо выбранные из: указанной выше группы (a); указанной выше группы (b) или (c) гидрокарбильных групп или замещенных гидрокарбильных групп, в которых гидрокарбильные группы или замещенные гидрокарбильные группы содержат приблизительно от 13 до приблизительно 40 атомов углерода и содержат карбоксамиды, карбоксимиды, поликарбоксамиды, поликарбоксимиды, карбоксамидины, карбоксимидины, сложные эфиры карбоновых кислот, сложные эфиры поликарбоновых кислот, карбоновые кислоты, поликарбоновые кислоты, карбоксилаты, поликарбоксилаты или их комбинации; в которой R₇ представляет собой карбоксилатный анион, содержащий приблизительно от 2 до приблизительно 24 атомов углерода; и в которой и независимо выбраны из группы, состоящей из: (i) отрицательно заряженных неорганических ионов; (ii) органических молекул с одной или несколькими отрицательно заряженными функциональными группами; и (iii) отрицательно заряженных функциональных групп, которые являются частью R₂, R₃, R₄, R₅ или R₇.

По сравнению с традиционными вязкоупругими поверхностно-активными веществами одно из преимуществ, по меньшей мере, некоторых вариантов осуществления поликатионных четвертичных соединений аммония (поликатионных "quats") по описанной технологии состоит в том, что при их получении используются значительно более дешевые, имеющиеся в продаже или легко доступные исходные материалы. Например, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, один из R₁ или R₆ получают из карбоновой кислоты, получаемой из животного или растительного масла.

Количество поликатионных четвертичных соединений аммония в вязкоупругой композиции по настоящей технологии должно быть достаточным, чтобы обеспечить для композиции и желательного применения необходимые вязкоупругие свойства. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения количество поликатионного четвертичного соединения аммония составляет приблизительно менее 10% по массе в расчете на общую массу вязкоупругой композиции. В находящихся в обращении коммерческих системах существует тенденция к применению поликатионных четвертичных соединений аммония в количестве от 3% до 4% по массе, и в некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящей технологии, таким образом, предлагается преимущество, состоящее в необходимости применения более низких количеств поликатионных четвертичных соединений аммония для достижения композиций с сопоставимыми или заметно более высокими вязкостями.

По сравнению с традиционными поверхностно-активными VES одно или несколько предпочтительных поликатионных четвертичных соединений аммония по настоящей технологии также склонны иметь более высокие вязкости при более высоких температурах. Предпочтительно, чтобы вязкоупругие свойства таких композиций могли сохраняться при температуре, по меньшей мере, приблизительно 80°C, альтернативно, при температурах выше приблизительно 80°C, таких как температуры приблизительно 85°C, приблизительно 90°C, приблизительно 95°C или при более высоких температурах. Более предпочтительно, чтобы вязкоупругие свойства таких композиций могли сохраняться при температуре, по меньшей мере, приблизительно 100°C, альтернативно, при температуре выше приблизительно 100°C. Наиболее предпочтительно, чтобы вязкоупругие свойства таких композиций могли сохраняться при температуре, по меньшей мере, приблизительно 110°C, альтернативно, при температуре выше приблизительно 110°C. Следовательно, применимые рабочие температуры жидкостей для обработки буровых скважин на основе настоящей технологии, например, могут быть более высокими по сравнению с применимыми рабочими температурами жидкостей для обработки буровых скважин на основе традиционной технологии.

По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения вязкоупругие гели по настоящей технологии можно получать с помощью способов, применяемых в коммерческой практике (например, объединяя поликатионные соединения по настоящей технологии с хлоридом калия (KCl) или ксилолсульфонатом натрия (SXS)), или в некоторых случаях с помощью растворения активного ингредиента в воде без применения добавок.

Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения поликатионные четвертичные соединения аммония по настоящей технологии в большей степени, чем традиционные катионные алкиламиновые соединения, поддаются природным процессам химического разложения, таким как гидролиз, стало быть, они разлагаются в окружающей среде более быстро, чем катионные алкиламиновые соединения. Следовательно, можно ожидать, что в вариантах осуществления изобретения предпочтительные химические соединения по настоящей технологии, должны быть менее опасны для окружающей среды и должны меньше накапливаться в окружающей среде, чем, например, катионные алкиламиновые соединения.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 приведено схематическое изображение, по меньшей мере, одного бисчетвертичного соединения аммония по настоящей технологии, состоящего из одного сшивающего фрагмента и двух катионных фрагментов, в котором два катионных фрагмента являются либо одинаковыми, либо разными и присоединяются случайным (статистическим) образом.

На Фиг.2 приведено схематическое изображение, по меньшей мере, одного способа получения статистического бивалентного четвертичного соединения аммония из двух третичных аминов и основы для получения сшивающего фрагмента. На Фиг.2 также показано, что сшивающий фрагмент в бивалентном четвертичном соединении аммония затем можно модифицировать с получением модифицированного бивалентного четвертичного соединения аммония.

На Фиг.3 приведено схематическое изображение, по меньшей мере, одного бисчетвертичного соединения аммония с упорядоченной структурой по настоящей технологии, в котором два катионных фрагмента отличаются друг от друга.

На Фиг.4 приведено схематическое изображение, по меньшей мере, одного многостадийного способа получения бисчетвертичного соединения аммония с упорядоченной структурой по настоящей технологии, в котором основой для получения сшивающего фрагмента является эпигалогенгидрин.

На Фиг.5a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% EHMAC в 4% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.5b приведена молекулярная структура EHMAC.

На Фиг.6a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% дихлорида бивалентного стеарамидопропилдиметиламмония (18APDMA-3(OH)-18-APDMA или SAPDMA GQ) в 1,5% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.6b приведена структура молекулы SAPDMA GQ.

На Фиг.7a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% дихлорида бивалентного (цетил/олеил)амидопропилдиметиламмония ((16APDMA/18:1 APDMA)-3-(OH)-(16APDMA/18:1 APDMA)) в 1,5% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.7b приведена структура молекулы (16APDMA/18:1 APDMA)-3-(OH)-(16APDMA/18:1APDMA).

На Фиг.8a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% дихлорида несимметричного бивалентного олеамидопропилдиметиламмоний-стеарамидопропилдиметиламмония ((18:1APDMA)-3-(OH)-18APDMA) в 1,5% растворе KCl (мас./мас.%)

На Фиг.8b приведена структура молекулы (18:1APDMA)-3-(OH)-18APDMA.

На Фиг.9a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% толуолсульфоната, хлорида несимметричного бивалентного соевого амидопропилдиметиламмоний-стеарамидопропилдиметиламмония (SoyAPDMA-3-(OH)-18APDMA) в 0,75% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.9b приведена структура молекулы SoyAPDMA-3-(OH)- 18APDMA.

На Фиг.9с приведены реологические кривые VES, содержащего 1,25% SoyAPDMA-3-(OH)-18APDMA в 1,5% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.10a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% дихлорида бивалентного высокоэрукового рапсового амидопропилдиметиламмония (HERAPDMA-3-(OH)-HERAPDMA или HERAPDMA GQ) в 0,5% растворе SXS (мас./мас.%).

На Фиг.10b приведена структура молекулы HERAPDMA GQ.

На Фиг.10c приведены реологические кривые VES, содержащего 2% HERAPDMA GQ в 1,5% растворе KCl (мас./мас.%).

На Фиг.11a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% дихлорида несимметричного бивалентного бегенамидопропилдиметиламмоний-высокоэрукового рапсового амидопропилдиметиламмония (22APDMA-3-(OH)-HERAPDMA).

На Фиг.11b приведена структура молекулы 22APDMA-3-(OH)-HERAPDMA.

На Фиг.12a приведены реологические кривые VES, содержащего 4% несимметричного BQ, показанного на Фиг.12b, в 25% растворе CaCl₂ (мас./мас.%).

На Фиг.12b приведена структура молекулы дихлорида несимметричного бисчетвертичного (BQ) высокоэрукового рапсового амидопропилдиметиламмонийтриэтиламмония.

На Фиг.12c приведены реологические кривые VES, содержащего 2,5% несимметричного BQ, показанного на Фиг.12b, в 25% растворе CaBr₂ (мас./мас.%).

На Фиг.12d приведены реологические кривые VES, содержащего 2,75% несимметричного BQ, показанного на Фиг.12b, в 6% растворе CaBr₂ (мас./мас.%).

На Фиг.13a приведены реологические кривые VES, содержащего 3% PCC, показанного на Фиг.13b, в деионизированной воде (мас.%).

На Фиг.13b приведена структура молекулы триэтиламмониевой соли сложного фталатного полуэфира, дихлорида поликатионного карбоксилатного (РСС) бис-высокоэрукового рапсового амидопропилдиметиламмония.

На Фиг.14 показаны везикулы с относительно равномерным распределением по размерам, образованные при гидратации пленки C65-GQ с помощью 0,1 мас.% раствора CaCl₂. Увеличение х 200.

На Фиг.15 приведены везикулы, образующиеся из сухой пленки C65-GQ при гидратации с помощью 0,1% раствора ксилолсульфоната натрия.

Подробное описание изобретения

Определения и условные обозначения

Применяемый здесь термин "ациклический" относится к алифатическим соединениям и/или группам с линейной или разветвленной цепью (известным также, как группы с "открытой цепью"), но не к циклическим соединениям.

Применяемый здесь термин "алициклический" относится к соединениям и/или группам, которые содержат одно кольцо, или два, или несколько колец (например, спиро, конденсированные, мостиковые соединения), в которых упомянутое кольцо(а) не является ароматическим.

Применяемый здесь термин "ароматический" относится к ненасыщенным соединениям, по меньшей мере, с одним замкнутым кольцом, состоящим, по меньшей мере, из 5 атомов, в котором все кольцевые атомы находятся в одной плоскости или почти все кольцевые атомы находятся в одной плоскости и соединены ковалентной связью, и в котором все кольцевые атомы являются частью мезомерной системы. Когда применяемый здесь "ароматический" заместитель является моноциклическим, он предпочтительно содержит 5 или 6 кольцевых атомов, а когда "ароматический" заместитель является полициклическим, он предпочтительно содержит 9 или 10 кольцевых атомов, входящих в состав конденсированных колец.

Применяемые здесь термины "карбо", "карбил", "углеводород" и "гидрокарбил" относятся к соединениям и/или группам, которые содержат только атомы углерода и водорода.

Применяемый здесь термин "циклический" относится к соединениям и/или группам, которые содержат одно кольцо или два, или несколько колец (например, спиро, конденсированные, мостиковые соединения). Соединения с одним кольцом могут упоминаться как "моноциклические" или "моноядерные", тогда как соединения с двумя или несколькими кольцами могут упоминаться как "полициклические" или "полиядерные".

Применяемый здесь термин "гетероциклический" относится к циклическим соединениям и/или группам, которые содержат одно гетероциклическое кольцо или два или несколько гетероциклических колец (например, спиро, конденсированные, мостиковые соединения), и в которых упомянутое кольцо(а) может быть алициклическим или ароматическим.

Применяемый здесь термин "гетероциклическое кольцо" относится к замкнутому кольцу, содержащему приблизительно от 3 до приблизительно 10 атомов, соединенных ковалентной связью, более предпочтительно приблизительно от 3 до приблизительно 8 атомов, соединенных ковалентной связью, где, по меньшей мере, один из кольцевых атомов представляет собой многовалентный кольцевой гетероатом, например, атом азота, фосфора, кремния, кислорода и серы, однако более часто атом азота, кислорода и серы.

Применяемый здесь термин "гидрофобный" относится к гидрофобным сегментам атомов в молекулах, которые включают в себя углеводород с прямой или разветвленной цепью из пяти или более атомов углерода.

Применяемый здесь термин "поликатионные" относится к молекулам, которые содержат два или несколько атомов с положительным электрическим зарядом, предпочтительно при всех pH.

Применяемый здесь термин "кольцо" относится к замкнутому кольцу, содержащему приблизительно от 3 до приблизительно 10 атомов, соединенных ковалентной связью, более предпочтительно приблизительно от 5 до приблизительно 7 атомов, соединенных ковалентной связью.

Применяемый здесь термин "насыщенный" относится к соединениям и/или группам, которые не содержат каких-либо двойных связей углерод-углерод или тройных связей углерод-углерод.

Применяемый здесь термин "реакция замещения" определяется согласно номенклатуре IUPAC Compendium of Chemical Terminology как "одностадийная или многостадийная реакция, при которой один атом или группа в молекулярной структурной единице замещается на другой атом или группу".

Применяемый здесь термин "ненасыщенный" относится к соединениям и/или группам, которые содержат, по меньшей мере, одну двойную связь углерод-углерод или тройную связь углерод-углерод.

Применяемый здесь термин "вязкоупругая" композиция (например, раствор, жидкость или гель) означает, что модуль упругости (или динамический модуль упругости) G' композиции равен или больше, чем модуль потерь G", измеренный с помощью реометра с управляемым (пульсирующим) сдвигом (такого как реометр Bohlin CVO 50 или TA Instruments AR2000), по меньшей мере, при одной частоте от 0,0001 Hz до 1 Hz и при 20°C. Измерение указанных модулей дополнительно описано в публикации "An Introduction to Rheology," (авторы H.A.Barnes, J.F.Hutton и K.Walters), Elsevier, Amsterdam (1997). Описание таких измерений в публикации "An Introduction to Rheology" включено здесь путем ссылки.

Описание изобретения

Несмотря на то, что описанная здесь технология описана здесь в связи с одним или несколькими предпочтительными вариантами осуществления изобретения, следует понимать, что она не ограничивается указанными вариантами осуществления. На самом деле описанная здесь технология включает в себя все альтернативы, модификации и решения, эквивалентные тем вариантам осуществления, которые могут быть включены в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.

В первом аспекте описанная здесь технология относится к вязкоупругим композициям на основе поликатионных четвертичных соединений аммония, которые содержат, по меньшей мере, два катионных участка. Катионные участки поликатионных четвертичных соединений аммония по настоящей технологии представляют собой химические функциональные группы четвертичного аммония. Молекулы поликатионных четвертичных соединений аммония могут также содержать другие химические функциональные группы. Кроме того, молекулы поликатионных четвертичных соединений аммония могут быть симметричными или несимметричными. Каждая катионная функциональная группа связана с другой катионной функциональной группой с помощью "сшивающего фрагмента", и пример такого устройства проиллюстрирован на Фиг.1.

В большинстве случаев каждый сшивающий фрагмент получают из молекулы, которая способна подвергаться двум или нескольким реакциям замещения. В реакции замещения молекулы амином сшивающий фрагмент может представлять собой основу молекулы, хотя сшивающий фрагмент сам по себе может содержать функциональные аминогруппы.

Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления настоящей технологии в реакции замещения атом азота амина связывается с атомом углерода молекулы-предшественника сшивающего фрагмента. В такой реакции замещения атом азота амина, который образует связь с атомом углерода основы, может упоминаться как "нуклеофил", в то время как атом или группа, которая отделяется от атома основы называется "удаляемой группой". Однако совсем не обязательно, чтобы удаляемая группа полностью отделялась от основы. Необходимо только, чтобы она отделялась от атома уг