Вязкоупругие катионные композиции простых эфиров

Вязкоупругие катионные композиции простых эфиров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка устанавливает приоритет предварительной заявки США № 60/736562 от 14 ноября 2005 года, полное содержание которой включено сюда в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Описываемая здесь технология в целом относится к соединениям, являющимся четвертичными аммонийными производными углеводов, и к их применению. Более конкретно, производные углеводов описываемой здесь технологии являются катионными простыми эфирами углеводов, содержащими один или более катионных фрагментов с четвертичными аммонийными группами, один или более углеводных фрагментов и один или более фрагментов-линкеров, причем хотя бы некоторые из этих углеводных фрагментов связаны с линкерными фрагментами посредством простых эфирных групп. Катионные простые эфиры углеводов настоящей технологии могут также называться четвертичными аммонийными соединениями углеводов.

Было обнаружено, что по меньшей мере один из предпочтительных катионных простых эфиров углеводов настоящей технологии придает водным растворам одно или более полезных реологических свойств при относительно низких концентрациях активных ингредиентов. Эти полезные реологические свойства, обеспечиваемые одной или более из предпочтительных композиций настоящего изобретения, включают, например, вязкоупругость, повышенную вязкость, разжижение при сдвиге и снижение сопротивления в движущихся жидкостях. Широк потенциальный диапазон применения композиций катионных простых эфиров углеводов настоящей технологии. Примеры такого применения включают, но не ограничиваются ими, составы для применения в сельском хозяйстве, добавки в моющие средства, средства личной гигиены, промышленные и офисные чистящие средства, средства для удаления поверхностных отложений и их ингибирования, ингибиторы коррозии, гидравлические жидкости, деэмульгаторы, вспениватели, органические глины, загустители, биоциды и жидкости, применяемые в нефтедобыче. Описываемая здесь технология особенно сфокусирована на способности композиций настоящей технологии изменять реологию раствора, например загущать, образовывать гели или вязкоупругие растворы, особенно в экстремальных условиях, таких как высокие температуры, высокое давление, различные диапазоны рН и т.п.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые примеры бис-четвертичных или поликатионных четвертичных аммонийных соединений, придающих полезные реологические свойства водным растворам, уже исследованы и опубликованы. Например, патент США № 4734277, выданный Login от 29 марта 1988 года, в общей форме описывает приготовление определенных бис-четвертичных соединений по реакции третичных аминов с подходящим эпоксидом, таким как эпихлоргидрин; кроме того, в этом патенте сообщается, что получаемые бис-четвертичные аммонийные соединения можно использовать в качестве добавок к косметическим средствам, таким как кондиционеры для волос, лосьоны для кожи и т.п.

Кроме того, заявка на патент США 2004/0067855, Hughes et al., опубликованная 8 апреля 2004 года, раскрывает определенные бис-четвертичные или олигомерные катионные четвертичные аммонийные соединения, которые можно использовать для регулирования вязкоупругих свойств скважинных флюидов.

Углеводороды, такие как нефть, природный газ и т.п., добывают из подземного геологического пласта бурением скважины, проникающей в этот пласт, содержащий углеводороды. Пробуренная скважина частично обеспечивает путь протока углеводородов (обычно нефти) на поверхность. Для того чтобы нефть из этого пласта могла удовлетворительно достигать скважины (а затем и поверхности), должен иметь место путь свободного протока через скальную породу (например, песчаник, карбонаты), что обычно происходит, если порода содержит достаточное количество пор достаточного размера.

Обычным затруднением при добыче нефти является «повреждение» этого пласта, при которой закупориваются скальные поры и прекращается течение нефти. Более того, исчерпание зон, ближайших к скважине, приводит к постепенному снижению добычи. Обычно способы, используемые для повышения проницаемости пласта и увеличения добычи из скважины, называют термином «стимуляция». В различных способах стимуляции скважин часто используют водные гели.

Например, при гидравлическом разрыве пласта, одном из видов стимуляции скважины, в подземном пласте образуют трещины или разрывы. При таком способе гидравлического разрыва, для создания желаемых трещин, в качестве средства, переносящего внешнюю энергию в конкретные зоны внутри подземного пласта, используют гели. Энергия, необходимая для образования трещин, переносится прежде всего в форме давления на пласт закачиванием жидкости гидравлического разрыва в скважину, где эта жидкость направляется к желаемым зонам подземного пласта. Гели являются относительно несжимаемыми жидкостями, и давление воздействует на подземный пласт до тех пор, пока действующая сила не станет достаточной для образования трещин. После их образования вязкий гель затекает в новые трещины и разрывы. Жидкость гидравлического разрыва, протекающая в трещины, несет с собой расклинивающий наполнитель (например, мелкие частицы песка, керамики или другого твердого материала). После прекращения воздействия силы жидкость гидравлического разрыва удаляется, а этот расклинивающий наполнитель остается в трещинах, что препятствует их закрытию. После этого жидкость гидравлического разрыва удаляют из скважины, которую подготавливают для добычи дополнительных количеств углеводородов.

Прежняя технология использует полисахаридные полимеры для образования водных гелей, используемых в качестве жидкостей гидравлического разрыва. Часто эти полисахаридные гели являются поперечно сшитыми с использованием таких добавок, как титанаты, цирконаты или бораты. После завершения гидравлического разрыва обычно требуется отдельный способ для их извлечения из скважины, что требует длительной обработки скважины химикатами. Кроме того, полное удаление полимерного геля достигается редко, а полимер, оставшийся в скважине, может закупорить поры скальной породы и тем самым прекратить течение углеводородов сквозь поры и из них.

Модифицированные полисахариды изучали в различных областях применения. Например, патент США № 4663159, выданный Union Carbide Corporation, описывает водорастворимые четвертичные аммонийные полисахариды, имеющие от 50 до 20000 повторяющихся единиц и гидрофобный заместитель. Предполагают, что катионные полисахариды патента США № 4553159 имеют повышенную вязкость, пенообразование и предпочтительно улучшенные поверхностно-активные свойства; их также применяют в средствах личной гигиены, эмульсиях и чистящих средствах.

Другим примером является патент США № 5384334, выданный Amerchol Corporation, который описывает алкоксилированные алкилглюкозиды, имеющие простые эфирные заместители с четвертичным азотом, которые предположительно обладают катионными свойствами и исключительно мягко действуют на кожу и волосы и поэтому могут применяться в качестве стабильных средств личной гигиены.

Патент США № 5387675, выданный Rhone-Poulenc Specialty Chemicals Co., относится к модифицированным катионным загущающим композициям, которые имеют разнообразное применение в качестве загустителей; они особенно пригодны в качестве компонентов средств личной гигиены, а также в нефтедобыче. Этот патент описывает водорастворимые простые эфиры четвертичных алкиламмонийных полисахаридов или полиспиртов (например, поливинилового спирта, полиэтиленгликоля и глицерина), в которых степень замещения простых эфиров составляет от примерно 0,001 до примерно 0,5.

Одна из проблем, связанных с некоторыми модифицированными катионными полисахаридами прежних типов, определяется тем, что гликозидные гидроксилы или алкилгликозиды в этих катионных полисахаридах являются химически лабильными группами, подверженными гидролизу. Скорость гидролиза особенно значительна в водных средах; она растет с уменьшением рН. Во многих случаях вязкоупругие композиции используют в водных средах, а в нефтедобыче их иногда применяют в экстремально кислых водных средах, в которых гликозидные группы и катионные полисахариды прежних типов нестабильны, что является их недостатком.

Более новой технологической разработкой являются неполимерные огеливающие агенты (НПОА), которые являются альтернативой полисахаридных гелей. НПОА являются поверхностно-активными; обычно это (катионные) соединения четвертичного аммония или амфотерные соединения. Особенно желательными НПОА являются вязкоупругие поверхностно-активные соединения (ВУПАВ), которые могут образовывать вязкоупругие растворы; благодаря определенным вязкоупругим свойствам, они оказались полезными для стимуляции скважин. Одним из таких свойств является способность вязкоупругого раствора переносить расклинивающий наполнитель при более низкой вязкости, чем у раствора полимера. Другим полезным свойством является снижение трения между движущейся жидкостью и поверхностями, с которыми она контактирует. Особенно полезным свойством вязкоупругих гелей является то, что после контакта с углеводородами эти гели разрушаются, что сопровождается резким снижением вязкости. При более низкой вязкости удаление жидкости гидравлического разрыва из скважины не требует дополнительной обработки скважины химикатами, требует меньше времени и оборудования, чем при использовании полимерных огеливающих агентов. Можно разрушить поверхностно-активные гели и другими средствам. Кроме того, в отличие от полисахаридных огеливающих средств НПОА менее склонны к закупориванию пор, пропускающих углеводороды, в подземном пласте.

НПОА также полезны при других способах воздействия на скважину. Например, они могут понизить потери жидкости гидравлического разрыва в подземном пласте, снизить выделение воды из скважины и уменьшить трение в растворах; они также могут образовывать гели для чистки скважины.

Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ во вспенивающихся и невспенивающихся жидкостях гидравлического разрыва подземных пластов описано в нескольких патентах, - например в ЕР 0835983 В1, выданном Brown et al. 17 декабря 2003 г., патенте США № 5258137 (Bonekamp et al.) от 2 ноября 1993 г., патенте США № 5551516 (Norman et al.) от 3 сентрября 1996 г., патенте США № 5964295 (Brown et al.) от 12 октября 1999 г. и патенте США № 5979557 (Card et al.) от 16 июня 1999 г.

Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ для снижения выделения воды из скважины и для селективной кислотной обработки обсуждается в британской заявке на патент № GB 2332224 А (Jones et al.), опубликованной 16 июня 1999 г., и в работе Chang F. F., Love T., Affeld C. J., Blevins J. B., Thomas R. L. and Fu D. K., “Case study of a novel acid diversion technique in carbonate reservoirs”, Society of Petroleum Engineers, 56529, (1999).

Более недавние разработки в этой области можно найти в заявке на патент США № 2004/0102330 А1 (Zhon et al.), опубликованной 27 мая 2004 г., которая описывает расщепляемые мономерные вязкоупругие поверхностно-активные вещества, и в заявке на патент США № 2004/0067855 А1 (Hughes et al.), опубликованной 8 апреля 2004 г., которая описывает олигомерные анионные или катионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества (включая димерные и тримерные формы).

Традиционные катионные НПОА, применяемые при добыче углеводородов, используют алкиламины с одной гидрофобной углеродной цепочкой. Для использования в составе жидкостей гидравлического разрыва пласта предпочтительны гидрофобные цепочки традиционных катионных НПОА с длиной преимущественно в 18 углеродных атомов (предпочтительнее, более 18). Примером одного такого коммерчески доступного материала является ClearFRAC™, выпускаемый на рынок Schlumberger-Doll Research (“Schlumberger,” Ridgefield, Connecticut), эруцил-N,N-ди-(2-гидроксиэтил)-N-метиламмонийхлорид (EHMAC), который, как утверждают, обеспечивает эффективность любой доступной коммерчески в настоящее время вязкоупругой жидкости гидравлического разрыва при самых высоких рабочих температурах (примерно до 250°F, или около 121°С). По сообщениям, этот продукт содержит менее 3% гидрофобных углеродных цепей из 18 углеродных атомов или более коротких. Поскольку полупродукт, используемый для производства EHMAC, нужно очищать от компонентов с алкильными цепями из 18 углеродных атомов или более коротких, затраты на производство EHMAC значительно выше, чем у других алкиламинных катионных материалов. Высокая стоимость EHMAC ограничивает его использование для стимуляции скважин.

Коммерчески доступной альтернативой ClearFRAC™ является поверхностно-активная жидкость гидравлического разрыва AquaClear™, коммерчески доступная у BJ Services Company (“BJ Services”, Houston, Texas). В ней также используют четвертичный алкиламин, но он менее дорогой, поскольку для него не требуется высокоочищенный полупродукт. Однако максимальная рабочая температура AquaClear™ около 170°F (около 76,6°С), что значительно ниже, чем 250°F ClearFRAC™ (примерно 121°С).

Хотя традиционные гели НПОА имеют очевидные преимущества по сравнению с полисахаридными гелями, они имеют и некоторые недостатки. Одним из них является температурные ограничения традиционных поверхностно-активных гелей НПОА. При увеличении глубины скважины температура в ней обычно повышается и часто может превысить 250°F (около 121°С). В настоящее время технология, основанная на традиционных НПОА, не выходит за пределы этих условий, тогда как полисахаридные гели остаются эффективными. Другим недостатком является стоимость, поскольку материалы для полисахаридных гелей существенно дешевле поверхностно-активных гелей НПОА.

Еще одним недостатком традиционных поверхностно-активных НПОА является их экологическая токсичность и малая способность к биологическому разложению. Из-за медленного разложения в окружающей среде катионные алкиламины в ней накапливаются. Алкиламинные четвертичные соединения также токсичны для многих живых организмов, поэтому они особенно вредны для той среды, в которой они накапливаются. В некоторых регионах мира введены ограничения на использование химических средств, опасных для окружающей среды. Например, в Северном море применение таких химикатов, как катионные алкиламины, либо ограничено, либо полностью запрещено.

Еще одним недостатком традиционных поверхностно-активных НПОА является их малая растворимость, малая стабильность в солевых и кислотных растворах при высоких концентрация солей, таких как рассолы высокой плотности, используемые во вспомогательных скважинных флюидах.

Таким образом, имеется потребность в огеливающих агентах, особенно в вязкоупругих огеливающих агентах, которые могут обеспечить все или большинство преимуществ технологии, основанной на традиционных НПОА, и (1) могут обеспечить наличие вязкоупругих свойств при высоких температурах (выше 80°С или 176°F и предпочтительно выше 110°С или 230°F); (2) являются более экологичными; (3) являются более дешевыми; (4) обладают повышенной растворимостью в высоко концентрированных солевых растворах; и (5) могут обеспечить большую стабильность в присутствии солей и/или кислот. Технология, описанная здесь, удовлетворяет этим потребностям.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было с удивлением обнаружено, что катионные простые эфиры углеводов (КПЭУ) описываемой здесь технологии, имеющие не менее одного катионного фрагмента и не менее одного углеводного фрагмента, связанных через один или более линкерных фрагментов, можно использовать в качестве активных ингредиентов вязкоупругих композиций с выраженными полезными свойствами. Предпочтительно, каждый из катионных фрагментов содержит одну или более четвертичных аммонийных групп, что создает не менее одного катионного сайта. Кроме того, также предпочтительно, чтобы хотя бы некоторые из углеводных фрагментов были связаны с линкерными фрагментами связями простых эфиров. Более того, также предпочтительно, чтобы хотя бы один из катионных фрагментов катионного простого эфира углевода, описанного в настоящей технологии, содержал бы не менее одного гидрофобного фрагмента. Углеводные фрагменты катионных простых эфиров углеводов настоящей технологии являются производными углеводов, предпочтительно, производными сахаров, восстановленных сахаров или их производными.

В одном аспекте описываемая технология обеспечивает создание вязкоупругой композиции, содержащей воду и один или более катионных простых эфиров углеводов для регулирования вязкоупругости этой композиции, в которой один или более катионных простых эфиров углеводов содержит один или более катионных фрагментов, один или более углеводных фрагментов и один или более линкерных фрагментов, в которых хотя бы один из углеводных фрагментов связан с линкерными фрагментами через группы простых эфиров.

Предпочтительно, каждый из линкерных фрагментов может быть гидрокарбильной группой, имеющей от примерно 2 до примерно 30 углеродных атомов. Предпочтительно, один или более катионных фрагментов содержат не менее одного гидрофобного фрагмента. Каждый из гидрофобных фрагментов может содержать, например, гидрокарбильную группу, имеющую от примерно 13 до примерно 40 углеродных атомов, или замещенную гидрокарбильную группу, имеющую от примерно 13 до примерно 40 углеродных атомов. Предпочтительно, каждый из углеводных фрагментов содержит три или более гидроксильных групп, алкоксилированных гидроксильных групп, алкилированных гидроксильных групп или их комбинацию. Примеры углеводных соединений, подходящих для включения в катионные простые эфиры углеводов описываемой технологии, включают, но не ограничиваются ими, сахара (например, фруктозу, лактозу, маннозу, сахарозу и т.п.), восстановленные сахара (например, маннит, сорбит, глицерины и т.п.) или их производные.

Отрицательный(ные) противоион(ы) одного или более катионных сайтов в катионном простом эфире углевода описываемой технологии может (могут) являться отрицательно заряженными неорганическими ионами, отрицательно заряженными функциональными группами органических молекул и/или отрицательно заряженными функциональными группами, которые являются частью катионного простого эфира углевода.

По сравнению с традиционными вязкоупругими поверхностно-активными веществами, одно преимущество хотя бы некоторых вариантов осуществления катионных простых эфиров углеводов (КПЭУ) описываемой технологии состоит в том, что такие КПЭУ можно производить со значительно меньшей себестоимостью и использовать для этого легко доступное товарное сырье. Например, в одном или более вариантов осуществления один или более гидрофобных блоков в КПЭУ настоящей технологии может быть производным карбоновой кислоты, получаемой из обычного товарного источника животного или растительного масла, а углеводные группы могут быть получены, например, из обычных товарных сахаров, таких как сахароза или фруктоза.

По сравнению с традиционными вязкоупругими поверхностно-активными веществами, другим преимуществом одного или более вариантов осуществления катионных простых эфиров углеводов описываемой технологии является то, что такие композиции демонстрируют повышенную растворимость в высоко концентрированных солевых растворах, включая рассолы высокой плотности, используемые во вспомогательных скважинных флюидах. Например, в одном или более вариантов осуществления рассол высокой плотности, содержащий примерно 20% или более (альтернативно, примерно 50% или более; альтернативно, примерно 70% или более) по массе соли(ей), можно превратить в прозрачный вязкоупругий гель или в прозрачный сгущенный раствор с помощью катионных простых эфиров углеводов описываемой технологии. В качестве дополнительного примера можно указать, что в одном или более вариантов осуществления вязкоупругий раствор, приготовленный из катионных простых эфиров углеводов описываемой здесь технологии и содержащий примерно 7% по массе или более хлорида калия (KCl), не дает осадка при температуре, выше которой этот раствор больше не является вязкоупругим.

Некоторые вязкоупругие растворы катионных простых эфиров углеводов описываемой здесь технологии считают способными улучшать солевую и/или кислотную устойчивость других, вторичных, катионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ. Например, комбинации некоторых вариантов осуществления описываемых катионных простых эфиров углеводов с бис-четвертичными аммонийными соединениями или моно-четвертичными аммонийными соединениями (например, эруцил-N,N-ди-(2-гидроксиэтил)-N-метиламмонийхлоридом) можно превратить в прозрачные вязкоупругие растворы при более высоких концентрациях хлорида калия, чем при использовании каждого из вторичных поверхностно-активных веществ по отдельности. Состав, содержащий комбинацию одной или более композиций КПЭУ с одним или более вторичным катионным вязкоупругим поверхностно-активным средством, является одним из предпочтительных вариантов осуществления описываемой технологии. Отношение композиции КПЭУ к вторичному катионному вязкоупругому поверхностно-активному средству в таких комбинированных составах можно менять для регулирования соотношений между вязкостью, температурой и скоростью сдвига в широком диапазоне концентраций соли.

По сравнению с традиционными вязкоупругими поверхностно-активными средствами, один или более предпочтительных катионных простых эфиров углеводов настоящей технологии также обладает повышенной вязкостью при повышенных температурах и повышенных концентрациях соли. Предпочтительно, вязкоупругость композиций КПЭУ настоящей технологии можно поддерживать при температуре выше 80°С, более предпочтительно при температуре выше 100°С и наиболее предпочтительно при температуре выше 110°С. Поэтому рабочие температуры скважинных флюидов, основанных на настоящей технологии, можно повысить.

Кроме того, еще одним существенным преимуществом одного или более предпочтительных вариантов осуществления настоящей технологии является легкость разложения катионных простых эфиров углеводов (КПЭУ) после их использования или утилизации. Катионные простые эфиры углеводов настоящей технологии более чувствительны, чем традиционные алкиламинные катионные соединения, к природным процессам химического разложения, таким как гидролиз или окисление. В результате композиции соединений КПЭУ настоящей технологии могут разлагаться в окружающей среде быстрее, чем традиционные алкиламинные катионные соединения. Группировки углеводов с простыми эфирами предоставляют много путей окислительного разложения; для их разложения требуется меньше кислорода, чем, например, для углеводородных групп, которые имеют более низкий начальный уровень окисления. В тех случаях, когда КПЭУ настоящей технологии содержат гидрофобную группу углеводородного характера, предпочтение отдают группам, полученным из природных жирных кислот или их производных, особенно аминов или амидоаминов сложных эфиров.

По сравнению, например, с алкиламинами, жирные амидоамины или амины сложных эфиров жирных кислот легче разлагаются, поскольку их аминогруппа может гидролитически отщепляться от гидрофобного углеводорода. Поэтому некоторые варианты осуществления химических соединений настоящей технологии могут быть менее вредными для окружающей среды и в меньшей степени накапливаться в ней, чем традиционные алкиламинные катионные соединения.

Количество катионных простых эфиров углеводов (КПЭУ) настоящей технологии в вязкоупругой композиции должно быть достаточным для обеспечения вязкоупругости, необходимой для желаемой композиции и применения. Например, в некоторых вариантах осуществления количество КПЭУ (предпочтительно количество всех четвертичных аммонийных соединений) составляет менее 15%, альтернативно от примерно 0,1% до примерно 3%, альтернативно от примерно 3% до примерно 4% по массе в расчете на общую массу вязкоупругой композиции. Современные коммерческие системы используют от 3 до 4% по массе традиционных вязкоупругих поверхностно-активных средств; т.е. определенные предпочтительные варианты осуществления настоящей технологии более выгодны, поскольку они требуют меньших количеств катионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ для достижения сравнимой или заметно большей вязкости композиции.

Определенные вязкоупругие композиции настоящей технологии можно использовать, например, в скважинных флюидах, буровых растворах, загустителях, растворах для вскрытия продуктивного пласта, отклоняющих флюидах и во многих других случаях, когда требуются загущенные или гелеобразные водные композиции. Примером применения определенных катионных простых эфиров углеводов настоящей технологии является огеливающий агент, введенный в состав жидкости гидравлического разрыва, используемой для стимуляции добычи углеводородов. В этом случае важной особенностью этой жидкости является ее способность переносить расклинивающий наполнитель (твердые частицы), придаваемая ее реологическим качествам этим огеливающим агентом.

Другим способом стимуляции добычи углеводородов, в котором можно применять определенные композиции катионных простых эфиров углеводов (КПЭУ) настоящей технологии, является кислотная обработка - способ растворения части подземного пласта для увеличения доли его нефтесодержащих частей или для улучшения доступа к скважине. Такие композиции КПЭУ настоящей технологии могут загустить кислотные растворы и снизить скорость потери кислоты в подземном пласте для увеличения эффективности процесса кислотной обработки. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии для кислотной обработки с использованием композиции, содержащей КПЭУ настоящей технологии, эти КПЭУ могут выполнять многие функции, являясь не только загустителями, но и предотвращая коррозию стальных труб, используемых в скважине.

Еще одной областью применения в скважинных флюидах, для которых пригодны определенные композиции, содержащие КПЭУ настоящей технологии, являются флюиды, содержащие солевые растворы и применяемые для вскрытия продуктивного пласта. Эти флюиды применяют в процессе перевода скважины из бурового режима в режим стимуляции добычи. Способность КПЭУ загущать или огеливать специальные солевые растворы, используемые в этих процессах, может оказаться выгодной в смысле повышения эффективности, снижения потери флюида и повышения возврата дорогих и иногда токсичных солей металлов. По сравнению с полисахаридными загустителями, такими как гуар или гидроксипропилгуар, КПЭУ настоящей технологии должны проявлять свойства, сходные со свойствами других катионных поверхностно-активных вязкоупругих огеливающих агентов, такие как легкость удаления из скважины и уменьшение повреждения пласта.

Композиции, содержащие определенные КПЭУ настоящей технологии, можно использовать в качестве загустителей и в областях, не связанных с добычей нефти, включая, но не ограничиваясь ими, прачечные технологии (умягчители тканей), личную гигиену (кондиционеры для волос, скрабы или средства ухода за кожей) или промышленные чистящие средства. Например, одну или более композиций, содержащих КПЭУ настоящей технологии, можно использовать для удаления поверхностных отложений; при этом КПЭУ могут образовывать гель, который не стекает при нанесении на вертикальную поверхность и увеличивает эффективность растворения солей кальция и магния, обычно присутствующих в таких отложениях.

Другие композиции КПЭУ настоящей технологии можно использовать для аппликаций в тех случаях, когда требуются большие количества долго сохраняющихся пенных слоев. И опять, применение в средствах личной гигиены является тем примером, в котором возможно выгодное использование КПЭУ настоящей технологии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 является схематическим представлением монокатионного простого эфира углевода («моно-кват»), бис-катионного простого эфира углевода («бис-кват») и олигомерного катионного простого эфира углевода («олигомерный кват»), имеющих три катионных фрагмента в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящей технологии. Два или более катионных фрагментов или два или более углеводных фрагментов в бис-квате или олигомерном квате являются одинаковыми или различными.

Фигура 2 является схематическим представлением репрезентативного бис-квата описываемой технологии, в котором амидоамин происходит из диметиламинопропиламина (ДМАПА), катионные фрагменты - из растительного масла, линкерные фрагменты образованы эпихлоргидрином, а углеводный фрагмент обеспечивает сахароза.

Фигуры 3-15 представляют собой графики, полученные в экспериментах со ступенчатыми сдвигами, проведенных с растворами КПЭУ, приготовленными из композиций КПЭУ, полученных в Примерах 1, 3, 4, 7 и 12. Эти эксперименты проводили при трех температурах - 50, 70 и 90°С.

Фигура 16 представляет собой графики, полученные в экспериментах по косому сдвигу при 70 и 90°С для композиции КПЭУ (Композиция 1), приготовленной из композиции КПЭУ, полученной в Примере 1, и четвертичного аммонийного соединения Gemini.

Фигура 17 представляет собой графики, полученные в экспериментах со ступенчатыми сдвигами, проведенных с композицией КПЭУ (Композиция 2), приготовленной из композиции КПЭУ, полученной в Примере 12, и эруцил-N,N-ди-(2-гидроксиэтил)-N-метиламмонийхлорида (ЭГМАХ). Этот эксперимент проводили при трех температурах - 50, 70 и 90°С.

Фигура 18 представляет собой графики, полученные в экспериментах со ступенчатыми сдвигами, проведенных с композицией КПЭУ (Композиция 3), приготовленной из композиции КПЭУ, полученной в Примерах 11 и 12. Эти эксперименты проводили при трех температурах - 50, 70 и 90°С.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аббревиатуры, определения и условные обозначения

При использовании здесь термин «углевод» относится к моносахаридам и олигосахаридам, а также к веществам, получаемым из моносахаридов восстановлением карбонильной группы (альдитолы), окислением одной или более концевых групп до карбоновых кислот или замещением одной или более гидроксильных групп атомом водорода, аминогруппой, тиольной группой или подобными гетероатомными группами. Он также включает производные этих соединений. При использовании здесь термин «углевод» не включает крахмал, целлюлозу и агар или другие полисахариды с большой молекулярной массой, усредненной по массе. В настоящей заявке термин «большая молекулярная масса, усредненная по массе», относится к значениям, превышающим примерно 3000 Дальтон. Примеры углеводов, соответствующих определению настоящей заявки, включают, но не ограничиваются ими, сахара, восстановленные сахара, их производные и их комбинации.

При использовании здесь термин «сахарид» относится к химическим соединениям с формулой (СН₂О)_n, которые содержат альдегидную или кетонную группу (или их производные, такие как ацеталь, полуацеталь, кеталь или полукеталь).

При использовании здесь термин «полисахарид» относится к полимерным цепочкам сахаридов, соединенных гликозидными связями, с молекулярной массой, усредненной по массе, большей примерно 3000 Дальтон.

При использовании здесь термин «олигосахарид» относится к цепочкам из 2 или более сахаридов, соединенных гликозидными связями, с молекулярной массой, усредненной по массе, меньшей примерно 3000 Дальтон.

При использовании здесь термин «сахар» относится к моносахаридам, дисахаридам или другим низшим олигосахаридам. Сахариды в сахарах соединены гликозидными связями. Сахара можно также определить как полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны с тремя или более атомами углерода. Таким образом, простейшими сахарами являются глицеральдегид и дигидроксиацетон.

При использовании здесь термин «восстановленный сахар» относится к углеводу, в котором альдегид или кетон формально восстановлены, обычно до дополнительной спиртовой гидроксильной группы. Например, глицерин является восстановленным сахаром глицеральдегида и дигидроксиацетона, а сорбит является восстановленным сахаром глюкозы. Восстановленные сахара также называют «сахарными спиртами».

При использовании здесь термин «гликозид» относится к смешанным ацеталям или кеталям, формально образующимся при удалении воды между полуацетальной или полукетальной гидроксильной группой сахара и гидроксильной группой второго соединения. Связь между этими двумя компонентами называют гликозидной связью. При использовании здесь гликозидные связи не являются связями простых эфиров, а гликозидные группы не содержат группы простых эфиров.

При использовании здесь термин «алкилгликозид» относится к гликозиду, в котором вторая группа, указанная выше, является спиртом с алкильной группой из атомов углерода в количестве от 1 до 30.

При использовании здесь термин «гликан» относится к сахаридному гомополимеру или полисахариду с гликозидными сахарными связями, образующими полимерную цепочку. Названия гликанов образуют, заменяя окончание «-оза» мономерного сахарида окончанием «-ан». Например, полисахаридом глюкозы является глюкан. К этому названию может быть добавлена дополнительная информация, сообщающая дополнительные подробности, такие как конфигурация сахара (например, альфа или бета) и обозначения гликозидных связей.

При использовании здесь термин «крахмал» относится к смеси двух природных гомополимеров α-глюкозы - амилазы и амилопектина. Амилоза является α-1,4-глюканом. Амилопектин является модифицированной формой амилазы, в которой полисахаридная цепочка разветвляется через каждые 24-30 глюкозных мономерных единиц посредством α-1,6-связи. Общая формула типичного крахмала - (С₆Н₁₀О₅)_n.

При использовании здесь термин «целлюлоза» относится к β-1,4-глюкану, гомополимеру β-глюкозы с 1,4-гликозидными связями и с общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_n.

При использовании здесь термин «АПДМА» относится к амидопропилдиметиламинному производному 3-N,N-диметиламинопропиламина и карбоновой кислоты.

При использовании здесь термин «ДМАПА» относится к 3-N,N-диметиламинопропиламину.

При использовании здесь термин «ВЭАПДМА» относится к «высокоэруциловому» АПДМА, полученному из рапсового масла, выделенного из семян растения сорта, продуцирующего 40% или более по массе эруковой кислоты (жирной кислоты, состоящей из 22 атомов углерода с одной углерод-углеродной двойной связью).

При использовании здесь термин «БАПДМА» относится к бегенилированному АПДМА, полученному из композиции жирных кислот с преимущественно насыщенными 22-углеродными жирными кислотами без двойных углерод-углеродных связей.

При использовании здесь термин «соевый АПДМА» относится к АПДМА, выделенному из соевого масла.

При использовании здесь термин «САПДМА» относится к АПДМА, полученному из композиции жирных кислот с преимущественно насыщенными 18-углеродными жирными кислотами без двойных углерод-углеродных связей.

При использовании здесь термин «С-65АПДМА» относится к АПДМА, полученному из фракционированных соевых жирных кислот, содержащих примерно 44% пальмитиновой и 56% олеиновой жирных кислот.

При использовании здесь термин «ВЭБАПП» относится к «высокоэруциоловому» бис-аминопропилпиперазину с общей формулой, показанной ниже.

в которой R представляет алифатические углеводородные цепочки, найденные в природных жирных кислотах высокоэруцилового рапсового масла. Было обнаружено, что ВЭБАПП является устойчивым к кватернизации эпихлоргидрином и галогидринами. Безотносительно к какой-либо конкретной теории эту устойчивость считают результатом того, что атомы азота в третичном амине являются частью пиперазинового кольца, что делает эффективную нуклеофильность этих аминов значительно более низкой, чем у диметиламинных групп в АПДМА.

При использовании здесь термин «алифатический» относится к соединениям углерода, которые не являются ароматическими. Алифатические соединения включают циклические соединения и ациклические соединения. Алифатические соединения могут включать элементы, отличные от углерода и водорода, - например, бор, азот, кислород, фтор, кремний, фосфор, серу, хлор, селен, бром, теллур ил