Введение к работе
. 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 гстерополиконденсации, 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 расп|Ьстранснным 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 ка оснозо местных, промышленных отходов и изучению термодинамической совместимости н синергизма смесей этих гель-полимеров II Уннфлокн с техническим крахмалом в полных растворах, а также возможности их применения и качества рсагеитов-сглоилшаторип и нефтегазодобывающей промышленности н в качестве полимерного клея для изготовления строительной шпатлевки.
Поль- раПоты состояла в разработке способа и непрерывной технологии получения новых водорастворимых полизлсістролитов-полиакрнламидшдх аналогов, гелеобразных полимеров АПАЛ и АПАЛ-К, на основе отходов волокна "Нитрон", щелочных отходов производства металлического натрігч и персульфатов калия, патрил и аммония, а также изучении термодинамической совместимости в растворах смесей этих гель-полимеро» и Умифлока о итэахмальным
реагйнтом для выявления синерштического 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-пронзводственным 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 (айс) и экспрементального (дбіг ) 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, шифр.№ 01.02.ГКНТ СМ СССР ) и "Получение водорастворимых ПАВ и полиэлектролитов для регулирования свойств дисперсных систем", имеющий номер гос. Регистрации 0182.9046321.
Научная новизна работы. 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 подтверждена патентом № 4731, полимерный клей № І 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 Крлгбаума-Уолла, определены области их наибольшей термодинамической совместимости, показано превалирование притягательных взаимодействий между макромолекулами ПЭ и крахмала с образованием термодинамически обратимых полнкомплексов, обусловливающих синоргнзм стабилизирующего действия их до концентрации 0,25 кг\м'
Выявлена термосолеуетойчивость глинистой суспензии с добавками 0,2 % смесей Унифлока и АПАА, обусловливающих термостойкость, и крахмала, нндиффирентного к действию солей, при соотношении ПЭ:кр, соответствующему 2:1. Пппстнуесу.зя значимость рпботм:
Предложена и экспременталыю обоснована принципиальная технологическая схема получения новых гслеобразных полимерен АПАА и АПАА-К на основе отходов волокна «Нитрон». По результатам лабораторных и опытно-полевых испытаний научного центра «Борьба с еслолтіспиямн в процессе буреш:;! скважин» и А.О. «Бухарансфгегаз» смеси Унифлока и АПАА с крахмалом обладают эффективными стабилизирующими и пластифицирующими свойствами в процессе бурения скиа"лпс.
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-теоретической, конференции, посвященной 70-летию ТашГТУ «Современные проблемы технических наук» (ТашГТУ им. А.Р.Беруни 1999г.).
Публикации. По результатам йследовании 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, изложенных на 172 страшщах.