Влияние низкомолекулярных и полимерных добавок на свойства практически значимых мицеллярных систем (1102597)
Текст из файла
На правах рукописиШИБАЕВ Андрей ВладимировичВЛИЯНИЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХДОБАВОК НА СВОЙСТВА ПРАКТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХМИЦЕЛЛЯРНЫХ СИСТЕМСпециальность 02.00.06 ― высокомолекулярные соединенияАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристалловфизического факультета Федерального государственного образовательногоучреждения высшего образования «Московский государственныйуниверситет имени М.
В. Ломоносова»Научный руководитель:Филиппова Ольга Евгеньевна, докторфизико-математических наук, профессорОфициальные оппоненты: Малкин Александр Яковлевич, докторфизико-математическихнаук,профессор,Институт нефтехимического синтеза имениА.В.Топчиева Российской академии наук,главный научный сотрудникЧалых Анатолий Евгеньевич, докторхимических наук, профессор, Институтфизической химии и электрохимии им.
А.Н.ФрумкинаРоссийскойакадемиинаук,заведующий лабораториейВедущая организация:Национальный исследовательский центр«Курчатовский институт»Защита состоится 2 июня 2016 г. в 15 час. 30 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственномуниверситете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 2, физический факультет МГУ имениМ.В.Ломоносова, аудитория ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В.
Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27) и насайте организации (http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-00201/).Автореферат разослан2016 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат физико-математических наук2Лаптинская Т. В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В последние годы саморганизующиеся коллоидныесистемы на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) привлекают значительноевнимание исследователей. Среди них особый интерес вызывают длинные цилиндрическиемицеллы («мицеллярные цепи»), которые по своим свойствам во многом аналогичныполимерам.
Они способны переплетаться, формируя сетку зацеплений, что придаетводным растворам ПАВ высокую вязкость, на несколько порядков превышающуювязкость воды, и вязкоупругие свойства уже при относительно небольших концентрацияхПАВ (до 2-3 вес.%). Вязкоупругие растворы ПАВ обладают рядом преимуществ посравнению с полуразбавленными растворами полимеров. В отличие от полимерных цепей,цилиндрические мицеллы являются «динамическими» структурами, образованными врезультатесамоорганизациималыхмолекулзасчетслабыхнековалентныхвзаимодействий, поэтому они способны обратимо разрываться и рекомбирировать. Этоприводитктому,чтовязкоупругиесвойстваиструктурарастворовПАВвосстанавливаются после приложения сильного механического воздействия. Кроме того,структура мицелл может легко меняться при изменении внешних условий, что делаетвязкоупругие растворы ПАВ сильно восприимчивыми к различным внешним факторам,например, к добавлению углеводородов.
Углеводороды могут солюбилизироваться вгидрофобных ядрах мицелл, приводя к изменению упаковки молекул ПАВ мицеллах и ких разрушению, что сопровождается резким падением вязкости и потерей вязкоупругихсвойств.Благодаря этим свойствам вязкоупругие растворы, содержащие цилиндрическиемицеллы ПАВ, нашли применение в нефтедобыче в качестве основного компонентажидкостей для гидроразрыва нефтеносного пласта. В технологии гидроразрыва жидкость,представляющая собой суспензию частиц проппанта (песка или керамических частиц) ввязкоупругой среде, под большим давлением нагнетается в скважину, в результате чегообразуются трещины в нефтеносном слое, распространяющиеся до карманов нефти,удаленных от скважины.
После снятия давления трещина остается открытой изаполненной жидкостью для гидроразрыва благодаря восстановлению ее вязкоупругихсвойств. Сильная восприимчивость к углеводородам приводит к тому, что при контакте снефтью вязкоупругая среда, находящаяся между частицами проппанта, разрушается, инефть через поры между частицами легко вытекает к основной скважине.
Такой способпозволяет существенно увеличить эффективность процесса добычи нефти.3Ключевым свойством, определяющим применение вязкоупругих растворов ПАВ внефтедобывающей промышленности, является их восприимчивость к углеводородам.Однакомеханизмы,лежащиевосноверазрушениямицеллприконтактесуглеводородами, остаются не до конца ясными.
В литературе исследованы в основном двапредельныхслучая:цилиндрическиедобавлениемицеллымалыхколичествсохраняются,илиуглеводорода,добавлениеизбыткаприкоторыхуглеводорода,приводящее к их полному разрушению. В связи с этим приобретает особую актуальностьизучение структурных и реологических изменений, сопровождающих весь процессперехода от мицеллярных цепей к каплям микроэмульсии.Кроме того, у вязкоупругих растворов ПАВ имеется недостаток, ограничивающийих использование: часто они обладают недостаточной механической прочностьювследствие того, что цилиндрические мицеллы являются «лабильными» структурами,способными разрываться.
Одним из подходов к улучшению механических свойствмицеллярных растворов является добавление к ним более прочных полимерных цепей. Влитературе в основном исследованы системы, в которых добавление полимера приводитлибокразрушениюмицеллярныхцепей,либокобразованию«гибридных»цилиндрических мицелл со встроенным в них полимером, растворы которых не обладаютдостаточно высокими механическими свойствами.
Также описаны совместные сетки наоснове цилиндрических мицелл и молекул гидрофобно модифицированного (ГМ)полимера, обладающие лучшими реологическими характеристиками, чем каждый изкомпонентов, и восприимчивостью к углеводородам. Однако один из компонентов такихсеток – ГМ полимер – необходимо получать сложным синтезом, что ограничиваетвозможности использования подобных систем в промышленности.Новым подходом, предлагаемым в настоящей работе, является получениесовместных систем на основе цилиндрических мицелл ПАВ и полностью гидрофильногополимера, не взаимодействующего с мицеллами, который, однако, может быть сшит всобственную сетку слабыми связями. Такие двойные сетки до настоящего времени небыли описаны. Благодаря образованию собственной сшитой сетки полимера они будутобладать высокими механическими свойствми, а «лабильный» характер связей междуцепямиполимерапозволитполимернойсеткеподстраиватьсяподизменения,происходящие в структуре мицеллярной сетки, что обеспечит восприимчивость системы куглеводородам, делая ее перспективной для применения в технологии гидроразрывапласта.В литературе достаточно широко исследовано образование эмульсий придобавлении фторуглеродов к мицеллам ПАВ.
Такие эмульсии являются чрезвычайно4перспективными для применения в медицине в качестве контрастных агентов длямагнитно-резонанснойтомографиипоскольку(МРТ),1совместные МРТ-изображения на ядрах Н и19онипозволяютполучатьF, что кардинально улучшит качествовизуализации. К настоящему времени разработаны в основном только мономодальныеконтрастные агенты, влияющие на сигнал протонов.
При этом, поскольку атомы фторапрактически отсутствуют в живом организме,19F-МРТ изображения обладают важнымпреимуществом, так как на них не влияет отклик нормальных тканей. В связи с этимчрезвычайноактуальнымявляетсясозданиевысокоэффективныхдвумодальныхконтрастных агентов на основе фторуглеродных эмульсий. При этом перспективныйподход заключается в модификации полимерного стабилизирующего слоя таких эмульсийпарамагнитными ионами, позволяющими увеличить контрастность изображений.Целью работы является модификация структуры и свойств самоорганизующихсяколлоидных систем на основе ПАВ путем добавления углеводородов, полимера илипарамагнитных ионов для создания новых систем, обладающих высокими механическимисвойствами и восприимчивостью к углеводородам, а также высокоэффективныхдвумодальных контрастных агентов для МРТ.В работе были поставлены следующие задачи:1.
Исследование изменения реологических свойств и структуры растворовцилиндрических мицелл ПАВ при добавлении к ним углеводородов на протяжении всегопроцесса разрушения мицелл и их превращения в капли микроэмульсии.2. Создание двойных сеток на основе цилиндрических мицелл ПАВ игидрофильного полимера, не сшитого или сшитого «лабильными» связями, иисследованиеихфазовогоповедения,реологическихсвойств,структурыивосприимчивости к углеводородам.3. Модификация стабилизирующего полимерного слоя фторуглеродных эмульсийпарамагнитными ионами и исследование их структуры и контрастных свойств дляполучения МРТ-изображений.Научная новизна работы характеризуется следующими основными результатами:1. Показано, что процесс разрушения цилиндрических мицелл олеата калия по мередобавления углеводорода состоит из трех стадий: 1) на первой стадии вязкоупругиесвойства сохраняются, но вязкость несколько понижается из-за уменьшения длинымицелл; 2) на второй стадии происходит резкое падение вязкости из-за перехода кнезацепленному режиму и дальнейшего уменьшения длины мицелл с одновременнымобразованием капель микроэмульсии; 3) на третьей стадии в растворе остаются толькокапли микроэмульсии.52.
В растворах цилиндрических мицелл реологическим методом впервыеобнаружен полуразбавленный режим без зацеплений.3. Показано, что для растворов цилиндрических мицелл с абсорбированным в ихядрах углеводородом характерны те же реологические режимы, что и для мицелл безуглеводорода:режимы«живых»и«неразрывных»цепейсзацеплениямииполуразбавленный режим без зацеплений, но они сдвинуты к более высокимконцентрациям ПАВ из-за меньшей средней длины мицелл.4. Показано, что добавление полимера поливинилового спирта вызываетувеличение вязкости и модуля упругости (модуля накоплений на плато) растворов ПАВ нанесколькопорядковвследствиепоявлениязацеплениймеждуполимернымиимицеллярными цепями и не приводит к изменению цилиндрической формы мицелл.5.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
