Разработка технологии получения водорастворимых гелеобразующих полиэлектролитов и их применение тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

РГ6 ол

2 - г:•:'■«

На правах рукописи

УДК 541.182.02.+547.182

ИБРАГИМОВА ГУЛЬБАХОР САБИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Специальность 02.00.11-Коллоидная и мембранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент-2000

Работа выполнена на кафедре «Промыкалгияаа экологии» Ташкентского хямкко-техиолвгячеасого института.

Научный руководитель

Академих АН РУз, профессор, доктор химических наук.

Ахмедов К.С.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Кандидат технических наук, с.н.с.

Юнусов Л.Ю. Хожиханов Н. X.

Ведущая организация:

Национальный Университет Узбекистана им. МУлугбека

Защита диссертации состоится« » 2000 г. в часов

на заседании Специализированного Совета Д 015.13.01 при Институте общей и неорганической химии АН Руз, по адресу: 700170, г. Ташкент, ул академика X. Абдуллаева, 77 а.

Автореферат разослан « » СЫЛ^Л^Хс1^-

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор химических наук, профессор

Хамраев С.С.

Л ЧЛО. П>

- 3 -

Общая характеристика работы. Актуальность темы. Развитие многих областей народного хозяйства неразрывно связано с одной из центральных задач современной коллоидной химии-разработкой научных основ управления свойствами природных и технических дисперсных систем, играющих важную роль в промышленном производстве, строительстве, сельском хозяйстве и др.

Один из наиболее распространенных путей регулирования свойств", таких дисперсий-введепие в систему малых добавок полнэлектролитов, способных существенном образом влиять на процесс взаимодействия частиц дисперсной фазы друг с другом и с дисперсионной средой. В зависимости от механизма действия наиболее эффективными считаются добавки, сочетающие поверхностно-активную, полиэлектролитную и макромолекулярную природу одновременно.

Такое сочетание можно достичь как реакцией сополимеризацин или гетерополиконденсации, так и путем физического смешения полимерных компонентов в общем растворителе. В первом случае, являющемся наиболее распространенным методом получения поверхностно-активных полнэлектролитов, немаловажная роль отводится в настоящее время возможности получения гелеобразующих полимеров на основе местных промышленных отходов по непрерывной и экологически обоснованной технологии. Во втором случае, являющемся менее расгфстранснным на практике можно добиться значительного повышения эффективности стабилизирующего, флокулируюшего, адгезионного и др. эксплуатационно-технических качеств полнэлектролитов (ПЭ) за счет явления синергизма в общем растворителе.

В связи с вышеизложенным, данная работа была поспящена получению гелеобразующих полимеров «а оснопе местных промышленных отходов и изученшо термодинамической совместимости и синергизма смесей этих гель-полимером к Унпфлока с техническим крахмалом в полных, раствора::, а также возможности их прпмененнл и качества рсагеитов-сгаоилшаторип нефтегазодобывающей промышленности н и качестве полимерного клея для изготовления строительной шпатлевки.

ТТель работы состояла в разработке способа и кепрсрыикои технологии получения новых водорастворимых полиэлегсгролитов-полиакрнламидшдх аиалогоп, гелеобразных полимеров АПАЛ и АПАА-К, на осног-е отходов родокна "Нитрон", щелочных отходов производства металлического narpin и персульфатог. кадия, натрия п аммония, а та клее изучении термодинамической сор.местчмостп в растворах смесей этих гель-полимер»!-, и Уилфлока о iv-рахмальным

реагентом для выявления синергитического эффекта при применении их в качестве стабилизаторов малоглинистых растворов для бурения скважин и в качестве полимерного клея для изготовления строительной шпатлевки.

В соответствии с указанной целью предусматривалось решить ■ следующие задачи:

- Разработка способа и принципиальной технологической схемы получения гелеобразных полимеров АПАА и АПАА-К на основе отходов волокна "Нитрон", щелочи и щелочных отходов производства металлического натрия с применением в качестве инициаторов сшивки персульфатов калия, натрия и аммония и определение оптимальных условий этого процесса методом математического планирования эксперимента и по лабораторпо-производственным данным.

- Изучение коллоидно-химических свойств водных растворов АПАА, Унифлока и крахмала, а также их смесей в зависимости от соотношения компонентов, концентрации растворов, температурь! и рН среды.

- Расчет термодинамической совместимости АПАА и Унифлока с крахмалом по параметрам идеального и экспрементального (д6|2 ) специфического межмолекулярного взаимодействия. Кригбаума-Уолла, параметрам термодинамической совместимости ) Скотта, а также кажущимся и аддитивным энергиям активации информационных переходов макромолекул АПАА, Унифлока, крахмала и их смесей в растворенном и конденсированном состоянии при различных концентрациях, температурах и соотношениях компонентов.

- Изучение стабилизирующей способности гель-полимеров Унифлока и их смесей с крахмалом по фильтрационно-технологическим, реологическим и структурно-механическим характеристикам малоглинистых суспензий бентонитовых и гидрослюдисто-каолинитовых глин Келссского и Шорсуйского местрождений при различных концентрациях полиэлсктролитов, электролитов, температурах и соотношениях ПЭ: крахмал.

- Проведение полевых производственных испытаний и выдача рекомендаций.

- Исследование адгезионных свойств нового полимерного клея АПАА-К для изготовления строительной шпатлевки и сравнение его со стандартным по ГОСТу.

Данная работа является продолжением систематических исследований смесей полимеров, ранее начатых под руководством К.С.Ахмедова и выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Ташкентского химико-технологического

института по темам: "Исследование и применение новых ПАВ и полиэлектролитов в разработке эффективных методов флокуляции и флотации" (ГОс. Регистрационный 79022075, шнфр.№ 01.02.ГКНТ СМ СССР ) и "Получение водорастворимых ПАВ и полиэлектролитов для регулирования свойств дисперсных систем", имеющий номер гос. Регистрации 0182.9046321.

Научная попита нпиотгл. Разработаны способы получения новых ПЭ-гелсобразующего полимера-аналога полиакриламида АПАА на основе отходов волокна "Нитрон" путем омыления едким натром с последующей модификацией полученного продукта персульфатами калия, натрия и аммония и гелеобразуюшего полимерного клея АПАА-К на основе омыления отходов волокна "Нитрон" "красным каустиком"-отходом производства металлического натрия в присутствии персульфата калия.

Новизна предлагаемого способа получения гель-полимеров АПАА и АПАА-К пс^гссрждепа патентом № 4731, полимерный клей № I НДР 9700253. I., выданным патентным ведомством Республики Узбекистан от 1997 г.

Впервые изучена количественно интенсивность межмолекулярного взаимодействия очищенного и неочищенного Унифлока и АПАА с крахмалом в растворе при различных концентрациях, соотношениях компонентов и температурах по параметрам гидродинамического взаимодействия разнородных макромолекул Кригбаума-Уолла, определены области их наибольшей термодинамической совместимости, показано превалирование притягательных взаимодействий между макромолекулами ПЭ и крахмала с образованием термодинамически обратимых полнкомплексоп, обусловливающих синоргизм стабилизирующего действия их до концентрации 0,25 кг\м'

Выявлена термосолеустойчивость глинистой суспензии с добавками 0,2 % смесей Унифлока и АПЛА, обусловливающих термостойкость, и крахмала, нндиффирентного к действию солсй, при соотношении ПЭ:кр, соответствующему 2:1. Нплстичсеь-зя значимость лаботм:

Предложена и экспременталыю обоснована принципиальная технологическая схема получения новыгс гслеобразных полимере!! АПЛА и АН А А-К на основе отходов волокна «Нитрон». По результатам лабораторных и опытно-полевых испытаний научного центра «Борьба с есло:ч-нсниями в процессе бурения скважин» и А.О. «Бухзрансфгегаз» смеси Унифлока и АПАА с крахмалом обладают эффективными стабилизиоугсшими и пластифицирующими свойствами в процессе бурения скир/лпе.

Применение смесей 0,2% растворов ПЭ:крахмала при соотношении 0,6:0,4 вместо 0,5% растворов ПЭ, применяемых при бурения в отдельности позволяет получить экономический эффект порядка 135555 сум в год. ...... . ... , .

Адгезионные свойства АПАА-К позволяют рекомендовать его в качестве полимерного клея при изготовлении строительной шпатлевки с экономическим эффектом 17 сум на 1 кг. шпатлевки. На основании разработанных нами рекомендации полимерный. клей АПАА-К успешно применяется для изготовления строительной шпатлевки в научно-производственном предприятии с производительностью 100 т. в год.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-теоретических и технических конференциях профессоров, преподавателей, аспирантов, научных работников и сотрудников ТашХТИ (г. Ташкент, 1992-93, 94-95, 97-99 г.) на международной научно-теорстическбй. конференции, посвященной 70-летию ТашГТУ «Современные проблемы технических наук» (ТашГТУ им. А.Р.Беруни 1999г.).

Публикации. По результатам ¿¡следовании опубликовано э научных статей и тезисов в отечественных журналах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 221 наименования и приложения, изложешнлх на 172 страшщах.

Во введения сформулированы актуальность постановки цель и задачи исследования, показана новизна и практическая полезность диссертационной работы.

В первой главе приведен критический анализ литературных данных по проблемам устойчивости глинистых суспензий и регулирования её малыми добавками ПАВ, полимеров и нх смесей.

Во второй главе дана характеристика применяемых в работе глин, полимеров, крахмала и их смесей, а также традиционных и современных методов исследования поверхностных (тензиметрня), объемных (вискозиметрия, кондуктометрам, рН-метрия, нефелометрия), термодинамических (по гадродаитмнчсскнм параметрам взаимодействия Крнгбаума-Уолла н по отклонением значений, кажущихся энергии активации конформацнонных переходов от аддитивности), структурно-механических (по рсотесту

"Автор выражает глубокую благодарность и признательность за оказанную поддержку и помощь при выполнении работы заведующему кафедрой «Промышленная экология» к. х п., до>;. Турсунову Т. Т.

и прибору Вейлера-Ребиндера), реологических (на приборе ВСН-3), технологических (по водоотдаче на ВМ-б, условной вязкости на СПВ-5 и др.) и адгезионных свойств (по методике строй-ЦНИИЛ) растворов полимеров, нх смесей и глинистых систем с добавками водорастворимых полиэлектролитои (ВРП).

В третьей главе «Эксперементальная часть» приведены результата исследования оптимальных условий получения новых гелеобразующнх аналогов полнакрнламвда-АПАА и АПАА-К.

Предлагаемый нами способ получения АПАА отличается от известных (работы Савицкой М.Н., Погорельского К.В., Артыкова А. и другие) как применениемисходных реагентов,так и условием проведения реакции гелеобразиыйАПАА получен омылением мокрых отходов производства волокна «Нитрон» 4,5%-ным раствором едкого натрия при соотношении 1:0,43 (мае., %) температуре 368-371° К в течении 2,5-3 часа с дальнейшей сшивкой 0,35-0,40 % добавками инициатора »!(г.5г0а или (Мч)г%0&

в течение 20 мин. при температуре 338-343° К. По остаточному азоту максимальная степень огмыления 83,2% достигается через 5 часов с начала реакции.

Полимерный клей АПАА-К получен омылением сухих отходов волокна «Нитрон» раствором «красного каустика»-щелочного отхода производства металлического натрия с добавкой инициатора гидролиза Я* при соотношении отход волокна

нитрон (0ВШ :отход производства металлического натрия: ¡¡г®) равном 10:4:0, 3:85,7 (в мас.%)

соответственно. Начальная температура процесса 318-323° К поднимается далее до 363-383°К путем подачи пара в рубашку реактора.

Оптимальная продолжительность приготовления полимерного клея составляет 3-4 часа.

Исследование влияния природы инициатора на вязкость и электропроводность растворов АПАА при различных концентрациях потсердило полнэлектролитшш характер ЛПАА, показало гаиболыпую электропроводность растворов АПАА, полученных присутствии инициатора 0„ , за счет наибольшей подвижности ионов К и наибольшую вязкость растворов АПАА, полученных с инициатором "/.

Расчет молекулярной массы АПАА, полученного с Уод^Оз , по упрашенню Фуссса-Штраусл позволил установить, что она порядка 1,41.10° , т.е. превышает молекулярную массу промышленного ПАЛ и аналоге!'. ПАЛ, полученных другим!' исследователя? ш.

Изучение адгезионных свойств выявило высокую адгезию для АПАА-К, полученного омылением ОВН растворами красного каустика, содержащего в своем составе примеси оксидов кремния, алюминия и свинца, способные повышать клеящие свойства ПЭ. Сравнение эксплуатационных свойств по методике СтройЦНИИЛ (эластичности, шлифуемости, удобонаносимости, пластичности по конусу, усадки слоя, тращиностойкости, адгезии и др.) шпатлевки, приготовленной на основе АПАА-К и стандартного промышленного клея (А.С. СССР № 1685891) позволило установить эффективность применения АПАА-К в качестве полимерного клея для получения качественной строительной шпатлевки и рекомендовать организацию производства такой шпатлевки на основе АПАА-К.

В четвертой главе приведены результаты исследования коллоидно-химических (поверхностных и объемных) свойств растворов АПАА, Унифлока, крахмала и их смесей, а также термодинамической совместимости ПЭ и крахмала в общем растворителе.

Исследование объемных свойств по зависимости вязкости, электропроводности и оптической плотности от концентрации (от 0,0001 до 1%) и рН растворов Унифлока и АПАА выявило общие закономерности, характерные для растворов полиэлсктролитов-повышение вязкости с повышением концентрации ПЭ за счет образования надмолекулярных структур и повышение удельной электропроводности за счет количества ионов в единице объема раствора. С уменьшением концентрации эквивалентная электропродность возрастала до максимального значения при СЮ вследствие максимальной степени диссоциации и максимальной подвижности ионов при разбавлении, что сопровождалось максимальным разворочиванием макромолекулы и соответственно этому наибольшим значением приведенной вязкости.

По измерению поверхностного натяжения растворов ПЭ установлено, что Унифлок и АПАА способны концентрироваться на поверхности и медленно понижать поверх1юстное натяжение, в то время, как концентрация крахмала в объёме выше, чем на поверхности, и « (э » увеличивается, т.е. крахмал поверхностно инактивен.

По пластической вязкости и предельному динамическому напрежению сдвига концентрированных растворов (от 2,5 до 10%) можно заключить, что Унифлок проявил способность к образованию более вязких и прочных структур по сразнению с крахмалом, в связи с чем увеличение содержания Унифлока в смесях с крахмалом показало увеличение величин 7 , и? .

Ятя разбавленных растворов смеси ПЭ и крахмала на кривых Гг № и Л = | Сс) наблюдается резко выраженный максимум при соотношении компонентов, равном 0,6-0,4.

По общепринятому мнению такое резкое изменение свойств свидетельствует о термодинамической совместимости и кооперативном взаимодействии макромолекул компонентов с образованием поликомплексов, вызывающих явление синергизма при эксплуатации смесей.

Для количественной оценки термодинамической совместимости полимеров в смеси в первом приближении нами был выбран один из методов экспериментального определения параметров специфического взаимодействия разнородных макромолекул друг с другом, в общем растворителе ^.1,2 и параметров взаимодействия отдельных полимеров и растворителя и '125 в соответствии с теорией взаиморастворимости Скотта. Результаты показали; термодинамическую несовместимость Унифлока, АПАА и крахмала в концентрированных растворах и совместимость их в разбавленных растворах.

Для проверки этого положения для разбавленных растворов был использован метод Кригбаума Уолла: вычесленные по нему параметры ¿£г,г в зависимости от соотношения компонентов и их концентрации показали термодинамическую совместимость с образованием обратимых поликомплексов в ' растворах до концентрации 0,25 кг\м 3 для составов: 2:1; 4:1 (крахмала больше) и 2:1; 4:1 (Унифлока больше).

С ростом концентрации выше 0,25 кг\м 3 в исследуемой системе преобладают отталкивательные взаимодействия ( д связанные с превалированием процессе распада поликомплексов.

Изучение влияния температуры на значения л Вц позволило выявить усиление притягательных взаимодействий между макромолекулами Унифлока и крахмала, позволяющее предположить наличие донорно-акцепторных взаимодействий • между функциональными группами Унифлока ( С0Л//£) и крахмала (СООЩ

и гидрофобных взаимодействий между углеводородными частями махромолекул. ;; •

Для. проверю! этого положения мы использовали один из методов количественной оценки межмолекулярных взаимодействий в растворе с учетом влияния температуры - расчет отклонения (Л £ ) кажущейся энергии активации конформационных переходов ДЕ^ от соответствующих аддитивных значений лЕ®. Наибольшие значения й е соответствовали соотношениям смесей 0,6:0,4 с превалированием содержания Унифлока (мах. До 0,400 Дж\моль) по

сравнению со смесями с превалированием содержания крахмал- ( мах. До 0,70 Дж\моль) Рис1.

Рис.1 '. Зависимость отклонения кажущихся анергий1 активация конформационных переходов от аддитивности значении /3 Е от состава

системы: I.Унифлока(Оольше) ■+• Крахмала. + ЛЦО;

2.Унифлока* Крахмала. (Сольпе)+ №0;

Наличие гидрофобных взаимодействий в образующихся поляком плексф* потверждено нами но изучению солюбилизирующей способности смесями Унифлока и крахмала гептилового спирта рефрактометрическим методом. Изучение совместимости Унифлока с крахмалом в концентрированном состоянии проводилось на пленках, полученных медленным изотермическим испарением растворителя на поверхности стекла из растворов смесей компонентов при р;1зличпых соотношениях. Г1о микрофотографиям пленок установлено изменение состояния пленки по мере удаления растворителя, т.е. мгтаста5нльност;> состоянии и наличие двухфазных структур с проявлением л.иснергппш: ".истиц по мерз увеличения доли крахмала в смеси до различнчя конеччм.ч :тмеооя дис.тергяй огЗ мкм и-> ¡"3 *.•».«.

По мнению В.Е.Гуля и других исследователей нельзя судить о термодинамической совместимости по гидродинамическим свойствам, т.к. вязкость - это кинетическая характеристика системы, а совместимость-термодинамическая. Кроме того, полимеры показали термодинамическую совместимость в чистых растворах. В реальных условиях бурения механизм их взаимодействия может изменяться, что делает необходимой проверку технологической совместимости Унифлока и крахмала, АПАА и крахмала, Унифлока пАПАА в буровом растворе и исследование синергатического эффекта смесей ПЭ в процессе эксплуатации.'В связи с этим пятая глава диссертационной работы была посвящена регулированию агрегативной устойчивости суспензии Келссского бентонита полимерами и смесями полимеров и выявлению синергизма стабилизирующего действия смесей.

Анализ изменения реологических характеристик от концентрации дисперсной фазы о суспензиях Келесских глин позволил нам определить критическую концентрацию глины, с которой начинается ' ксагуляционно-тиксотропное

структурообразование в системе, равное 10%. Однако в дальнейших исследованиях нами исползозался 5%-нын, т.е. более экономичный малоглинистый раствор бентонита с учетом добавки полимеров и насыщения бурового раствора в процессе бурения глинистыми отложениями, слогагащими стенки скважины.

Исследование стабилизирующей способности проводили для полиэлектролитов Унифлока, АПАА, крахмала в сравнении с промышленными образцами К-9, К-14 и КМЦ по технологическим параметрам 5%-ной суспензии Келесского бентонита и 30%-ной суспсннзии Шсрсуйской глины, используемых на буровых Узбекистана.

Оптимальными концентрациями, с которых начинается процесс стабилизации и увеличение агрегативной устойчивости, по нашим данным являются для К-9, Унифлока, АПАА, крахмала, К-14. КМЦ-0,5%. Для смесей ПЭ:кра.\мал стабилизирующий эффект досгнгаетсл при оитиматьных соотношениях' Унифлок:крахмал, АПАЛ:крахмал,равном 2:1.

Поскольку по мнению ряда исследователей технологические параметры по всегда могут давать объективную картину процесса струтурообразсваиия, для более полной характеристики качества буровых растворов нами были изучены реологические параметры суспензии Келссского бентонита с введением в нее водных растворов Унифлока, АПАА и крахмала различной концентрации -от 0,01 до 1%.

Без добавок ПЭ глинистая суспензия характеризовалось низким значением СНСщо =9-10 мг\см *, = 1,125 сП, 1,02 сП; пр. дин напряжения сдвига =8,24 мг\см2, измеренных на ВСН-3.

При малых концентрациях полимеров пластическая вязкость суспензии снижается и начиная с концентрации 0,1% постепенно увеличивается, достигая максимума при концентрации 1%. Эффективная вязкость - '*Ldq», увеличивается прямолинейно. Динамическое напряжение сдвига при малых добавках ПЭ повышается, с ростом концентрации полимеров понижается и начиная с концентрации 0,1% снова увеличивается до 30 мг\см2.

Расчет , упруго-пласгично-вязких характеристик по структурно-механическим свойствам, представляющим наиболее объективную картину стабилизации глинистой системы полимерами, показал, что при малых добавках Унифлока и АПАА (до 0,05%) в малоглинистую суспензию Келесского бентонита наблюдается увеличение условного модуля деформации, наибольшей пластической вязкости и прочности из-за процесса агрегирования частиц. Коэффициент устойчивости при этом падает. Увеличение концентрации. Унифлока, начиная с 0,5% и выше, приводит к уменьшению модуля быстрых эластических деформации, равновесного модуля деформации и медленной эластичности, а также к увеличению коэффициента устойчивости. Наибольшее развитие быстрых эластических деформации указывает на повышение устойчивости системы;

Таким образом, суспензии с большими добавками (0,5%) Унифлока и АПАА переходят из четвертого типа по классификацию Ничипоренко в третий тип и далее нулевой, характеризующийся наибольшим развитием коагуляционно-тиксотропной структуры по всему объему системы.

Добавка, смеси ОД % растворов Унифлок+крахмал или АПАА+крахмал при соотношений 0,6:0,4 увеличивает коэффициент устойчивости и изменяет деформационные свойства системы в пределах нулевого структурно мсханйческбго типа.

Сравнение кинетики набухаемости Келесского, Шорсуйского и Азкомарского бентоюЗЬв в воде и в растворах ВРП показало, что степень и скорость набухшшя бентофгга меньше в растворах смеси Унифлока с крахмалом по сравнению с набухаёмостью в растворе только Унифлока или только крахмала.

Это позволяет предполагать более эффективную глинизацию стенок скважины при использовании для стабилизации буровых растворов смесей Унифлока с крахмалом, что также является проявлением эффекта синергизма.

Влияние смесей полиэлектролитов на стабильность суспензий Келгсского бентонита.

Таблиг:

---------------.----[• —---у----¡¡-------^----1--- — -I-------;--- -

Исходноз сырьв ! Электролит ! Плот- ! \ "Толщина? СНС, ¡Стабиль-! Суточ-!

гш/1 ихдоча i . о цип

»7/Ггт 7 Ропт- Т ность,! вяз- ! за 30 'корки, | цг/см^1 ность, I ы

IА/аС1.1 СзСГз.! , , , !ТМ |Том» , ч отстой,!

1 кг/и31 кг/и3 ! г/см3 Г сек. ! см3 » ! мм !1м',10и? г/си3 » %

Суспензия бентонита, 1.07 5 20 7,0 300 13 18 0,004 3

Суспензия бентонита, 5^-ный Суспензия бентонита, 5*-«ий 5 5 1,08 1,09 6 5 32 24 6,0 6,0 3,0 •4,0 б 9 ' 6 9 0,002 0.1Ю7 3 2

Суяп.бонт.+0,6/5 Укифлока 1,08 7 V 10,0 С,5 14 22 0,002 0

Сусп.бент.+О.ОЯ АЛЛА , 1,08 7 8 а,5 I 18 22 0,001 0,5

Сусп.бзнт.+О.б^ крпхмала 1,06 6 7- 6,0 0,5 13 26 0,002 0,5

Сусп.бант.+0.2% Унифло-ка * 0,22 АПАА, 1,07. 7 5 8,3 0,2 9,6 20 0,001 0

Сусп.бент.+0,2Х Унифло-ка + 0,2& АПАА 5 • 1,07 128 15 9,0 I 18 22 0,001 I

Сусп.бэнт.+С.2^ Уни$ло-ка +0,2% АПЛа 5 1,08 7 20 9.0 I 18 20 0,002 I

Сусп.бэнт.+0.2/5 Унк$ло-!'.□ + 0,2,1 крахмала 1,06 120 6 7,0 0,2 10 22 0,003 2

Сусп.бент. (0.2^ Ун и.? лоха + 0, 2л, крс-сдала о 1,06 7 20 7,0 3 16 22 0,003 2

Сусп.бзнт. нСУнифло-ка + Г..Ц крахмала 5 1.С6 120 24 7,0 2 16 2С 0.СС2 т

к -

По изучению реологических характеристик глинистой суспензии Келеского бентонита в присутствии ПЭ и солей выявлена солестойкость бурового раствора с 0,5% добавкой Унифлока при вводе 5% электролитов NaCLu CaCl 2 • Наибольшую солейстойкость к агрессивному действию NaCL и CaCl 2 проявил крахмальный реагент, как исследовало ожидать

Введение крахмала (0,2%) в состав глинистой суспензии, обработанной 0,2% Унифлоком снижает водоотдачу б см 3 за 30 мин. Усиление агресивности среды при добавках CaCl 2 (до 5%) увеличивает водоотдачу до 24 см3 \30 мин. Однако статическое напряжение сдвига не изменяется, суточной отстой составляет 1-2%, т.е. стабильность в системе сохраняется в допустимых при эксплуатации пределах.Таблица 1

На основании полученных нами данных можно констатировать, что 0,2% смесиУнифлока с крахмалом и Унифлока с АПАА при соотношении 0,6:0,4 проявляют синергизм стабилизирующего действия, что позволяет рекомендовать смеси ПЭ в практику глубокого бурения при более низших концентрациях, чем при применении ПЭ в отдельности. По нашему мнению, это связано с адсорбцией образующихся при взаимодействии Унифлока и крахмала поликомплексов, обеспечивающих наличие развитых утолщенных адсорбционных слоев, защищающую коагуляционно-тиксотрупную структуру бурового глинистого раствора от агрессивного действия солей и температуры (Структурно-механический фактор Ребиндера П.А.)

В шестой глапс приведена. принципиальная технологическая схема получения полиэлектролитов -АПАА н АПАА-К, математическое моделирование процесса с целью расчета оптимальных условий в технологии получения полиэлсктролитов, технологическая схема приготовления и использования буроиого раствора с добавками смесей полимеров и расчет экономической эффективности при бурении скважины буровым раствором со смесью 0,2% растворов Унифлок+крахмал, взятых при соотношении 0,6:0,4 по сравнению с буровымс0,5% раствором Унифлока и крахмала, взятых б отдельности при идентичности геологического разреза, глубины скважины, способа бурения, типа и размера долота, величины коммерческой скорости проходки на долото, наличия одинаковых осложнений и одинаковом расходе реагента на 1 метр проходки.

/.'игрек "

$07Л1

Кси^

ГельПояи-ер АПАА

рио,2 Поя!>»ерннЯ клей АПАА - К

Принципиальная технологичэская схе-'а кспрэрызнэго получения поги«ерсв АПАА и АПАА - К.

1.' Рааетар

2. Воляной холодильник

3.'Расходо"ер

4. Реактор г.ля г::дрэ.г.',з-го отг.олз волокна "Нитрон"

5. ЗолдноГ! хололихьют;

6. 2»!:зо?ь для Н^Оо

7. Згси

8. Нзсос

9. Реактор для гель-пэлл^ерного АПАА

10. ВОДЯНОЙ ^олодиль!'.;'.:;

11. Е"кссть для красного каустика

12. БОСУ.

Расчет экономической эффективности применения смеси АЛЛА с крахмалом в малых количествах по сравнению с глинистым раствором обработанным одним химреагентом -АПАА или крахмалом (0,2% АПАА-Ю,2%Кр.) показывает преимущество использований смеси в малых количествах по сравнению с глинистым раствором обработанным одним химреагентом. Экономическая эффективность от частичной' замены пищевого крахмала и использования смесей АПАА с крахмалом составляет порядка 135552 сум\ на 8450 м. проходки.

Таким образом, полученный нами гелеобразующего полимера АПАА на основе отходов волокна «нитрон» можно эффективно использовать в качестве рсагента-стабштзатора буровых растворов и полимерного клея АПАА-К на его основе в качестве клеящего ' агента при изготовлении строительной шпатлевки.

Выводы.

1. Разработан . способ и технология получения новых водорастворимых гелеобразующих полимеров-аналогов полиакриламида АПАА и АПАА-К на основе омыления отходов волокна «шпрон» щелочью (АПАА) и щелочными отходами проиводства металического натрия - «красным каустиком» (АПАА-К) с дальнейшей модификацией продукта персульфатами калия, натрия и аммония.

2. На основании математического моделирования эксперимента и лабораторных данных определены оптимальные условия процесса омыления ОВН и модификации персульфатами-соотношение реагирующих компонентов; ОВН: красный каустик: персульфат калия: вода; равное 10:4:0, 3:85,7 (весовые части), Т=363-383° К,'продолжнтсльность процесса омыления-4 часа, продолжительность процесса сшивки -20мин.

: 3. Исследованием объемных и поверхностных свойств растворов АПАА и АПАА-К установлен их полпамфолитаый характер и поверхностная активность, обеспечивающие стабилизирующее действие АПАА на малоглинистые растворы в условиях солевой агрессии и клеящие свойства АПАА-К при получении строительной шпатлевки.

, 4. ; Впервые исследована количественно интенсивность взаимодействия Унифлока и полимера АПАА с крахмалом , в растворах, по параметрам Крнгбаума-Уолла специфического межмолекулярного взаимодействия полимеров с растворителем и друг, с другом . К^г ■, X, . параметрам

гидродинамического взаимодействия разнородных макромолекул для разбавленных растворов и отклонению кажущейся Д е. энергии активации конформационных переходов макромолекул от аддитивных значений. Установлены области. наибольшего взаимодействия ВРП и крахмала с образованием обратимых равновесных поли комплексов и термодинамической совместимости компонентов в разбавленных растворах (до 0^5%).

5. Изучена технологическая совместимость смесей АПАА и Унифлока с малоглшшстым раствором Келесского бентонита по технологическим, реологическим и структурно-механическим параметрам. Выявлена стабилизирующая способность смесей ПЭ и крахмала при соотношениях, соотве-тствующих образованию поликомплексов,по сравнению с применением ПЭ н крахмала^отдельностн, т.е. подтвержден силергетический эффект стабилизирующего действия смесей,

6. При действии высоких температур и введении солей (МаСЬ и СаС1 г) в глинистую суспензшо с добавками смесей полимеров выявлено ухудшение реологических и технологических параметров, однако их значения остаются в критериальных пределах, допустимых в буровой технологии, что позволяет говорить о термо и солеистойкосп! смесей АПАА, Унифлока и крахмала при бурении скважин в ¿сложенных условиях.

7. Проведением полевых лабораторных (НЦ «Борьба с осложнениями в процессе бурешм скважин») и производственных испытаний на буровых А.О. «Бухаранефтигаз» гель-полимера АПАА и смесей АПАА, Унифлока п крахмала, установлено, что замена пастообразных полнэлектролитов на порошкообразные (Унифлока) и гелеобразные (АПАА) облегчает их траспортабелыюсть и хранение в зимний период. Экономическая эффективность от частичной замени пищевого* крахмала и использования смесей АПАА с крахмалом в малых количествах составляет порядка 135552 сум на 8450 м. проходки.

8. Полимерный клей АПАА-К рекомендован для изготовления строительной шпатлевки с экономическим эффектом 17 сум на ] кг. шпатлевки и успешно применяется п научно-производственном предприятии '<1Мап:стр» с •;по1!3!10Д11тсльмостыо 100 т. шпатлевки п гол.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях.

1. Ибрагимова Г.С. Кадыров A.A., Сатаев И.К., Рахманбердиев Г.Р; О коллоидно-химических свойствах полиэлектролнта Уннфлока, крахмала и их смесей.// Докл. АН РУз-Ташкент.-1994,- № 10-С. 38-40

2. Ибрагимова Г.С., Кадыров A.A., Ахмедов К.С., Изучение стабилизирующих свойтсв акрилового полиэлектролита «Унифлок». .// Докл. АН РУз-Ташкент.-1998,- № 1 С. 40-43.

3. Патент № 4359. Полимерный клей/ Кадыров A.A., Ибрагимова Г.С., Ахмедов К.С. (РУз.) - J&'7900251.1 22.05.1996; Опубл. 31.03.1997// Открытия. Изобретения.- 1997.- № 4,- С. 56

4. Ибрагимова Г.С. Сатаев И.К., Кадыров A.A., Исхакова K.M. Изучение физико-химических свойств акрилового полиэлектролнта Унифлок и его смесей с природным полимером. //Химия и химическая технология органических соединений-Та<шкент.-1993.- С. 109-112.

5. Ибрагимова Г.С., Исхакова K.M. Изучение физико-химических свойств очищенных образцов полиэлектролита Унифлока н его смесей с крахмалом.//Гез. докл. научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподователей, аспирантов, научных работников и сотрудников.-Ташкент,-1992,-С. 41. 1

6. Ибрагимова Г. С. Сатаев И.К. Кадыров A.A., Исхакова K.M. Изучение реологических свойств водных растворов ПЭ «Унифлок», крахмала л их смесей. // Тез. докл. научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподователей, аспирантов, научных работников и сотрудников.-Ташкепт,- 1993,- С. 55

7. Ибрагимова Г.С. Кадырова A.A. Изучение комбинированных смесей акриловых и природных полимеров для стабилизации буровых растворов.// Тез. докл. научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподователей, аспирантов, научных работников и сотрудников.-Ташкент,-1997,-С,-39

S. Ибрагимова Г. С. Кадыров А.А, Изучение реологических свойств аналога полиакриламида -АПАА.// Тез. докл. научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподавателей, аспирантов, научных работников и согруд;п i ко Б.-Ташкент.- 1993,- С.- ¿С

9. Ибрагимова Г.С. Миркамилов Т.М. Турсунов Т.Т. Изучите пластической и эффективной вязкояти малоглнннетой суспензии Келесского бентонита с добавками Ун-ка, АПАА и кр-ла.// Тез. докл. научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподователей, аспирантов, научных работников и сотрудников.-Таштгг.- 1999. С.- 27.

Г.С.Ибрагимовашшг «Сувда эрувчан гель хоснл килувчн полиэле1стролитлар олиш технологнясинн ишлаб чнкмш па уларнн куллаш» мавзуендаш днсссртзцняшшг кнекача мазмунн.

Ушбу ншда Я1!Ш, сувда эрувчан гель хосил килувчи полимерлар-полиакриламид аналогларн > -АПАА и АПАА-К ни «Нитрон» толаси чикиндистш ишкор билан (АПАА) ва «кизил каустик» металлы натрийннн'г ишкорнй чнкинднлари билан (АПАА-К) совунлаш асоснда сунгра махсулотни персульфат калий, натрий ва аммонийлар билан моднфикацнялаб олиш технологияси ва усуллари ишлаб чшенлдн.

Эксперпменпш математик меделлаштирнш ва амалий натижалар асосвда нитрон толаси пикиндиси (НТЧ)ни совунлаш процессншшг ва персульфатлар билан модификацилсининг оптимат шароитлари таъенрлашувчн компонентлар таркнби: НТЧ: кизил каустик: сув; 10:4:0,3:85,7 (хажмйй кнсм)га тенг, Т=363-383° К, совунланнш процессишшг муддэти-4с.пи процесснинг чокланиш муддати -20 мнн.га тенг булган шароит деб аникланади.

АПАА ва АПАА-К эритмал'аршшнг хажмий ва сирт хоссаларнни урганишда уларнинг полиамфолит характери за тузли агрессия шароитларнда кзмтупрокли эрнтмаларда -АПААнинг стабиллозчи хусуслятлг.ри ва сифатли курилиш шпатлевкасшш олишда ЛПАА-Книнг слимлаш xycyciIятItни намоем килугчи сирт активлиги хоссалари тасдикланди.

Еиринчи маротаба эрктма холатндагн Унифлок ва АПАА полимерннинг крахмал билан мнкдорий шгтененв узаро ::арорати полимерларнннг эритувчилар ва уз-уз и билан спеиифнк молекулалараро узаро харакатшпшг Хригбаум-Уолл ларамегрларн

cyiaTTHpHJirau 3pwrMarap yvyH Typjm «ioicnn MaKpoMOJieKyna-iapuiuir y3apo xapaKani Ba okthojuik Diiepnwcii yprainumH.

IIojuiMCpjiap ojiiiHiiiiiHitiiur npiiHiwrmaii xexiiaiorHK cxevtajiapu iiunaC hhkrh/ui. ATIAA, yiimjmoK, Kpaxwa-iimhr spiiTMajiapn apa^auiMxiapn KyuiH cra6HjuionTH- peareirr-CTaSmumropjiap ciicJaTHiu KyjwatiHjiHiiiH MyMKmuutru amuoiaHami.

SUMMARY

to tho PHD thesis ofr 6.S. Xbragimova. on the subject "Groundwork tehnology of obtaining water-soluble gel-consisted polyclectxolits and their application".

Tho cathod and tho technology of obtaining new water - Soluble dol-polymers, analogues of APAA and APAA-K were developed on tho basis of waster of Nitron tiber with alkali and alkali wastes in tho production of cotall natrium "red sodium" APAA K with further ratification of products persul potassium, hatrium end ammonium. On tho basis of mathematical planning of the experiment and data of labia the optimal teens of soaping oven " and persulfat modification process were dafiner ; tho ratio of reacting components: - OVN; red SHK;

persul pahat potassium; water egual to 10:5:0,3:C5,continuation of soaping proccsc is u hooves and continuation of process is sodium 20 minutes. With this research the volume anal surface features of soluble APAA APAA-K were established surface activity causing action of APAA on fewclay solutions on tcros of salt influence and adhesive features of APAA-K ic, obtaining quality constructing - plaster. Formation of double-phased structure.-; ia revealed dy removing of solutions from polyniar io system spontaneous duspairing unto spherical microfrcquer.tc with different diameters oi." intersection from 3 nikra till 62 mien, changing vith removing of solutions and with changing c£: natastability of the colloid-chemical condition c.C drying pellicle.

Field laboratory anol aanufacturi.ng t«st.5 wort held in walls were of S.O. "Bukhara nof togas". On gal-kind polymars of APAA and mixture-. of APAi», Uniflok and starch.