Введение. Интерес к изучению поверхностно-активных веществ набрал в последнее время значительные обороты [1, 2, 3]. Их способность напрямую зависит от их строения. Молекула имеет дифильное строение, то есть состоит из гидрофильной и гидрофобной части. Гидрофильная (полярная) способна взаимодействовать с водой, а гидрофобная (не полярная) с жиром. (рис. 1).
Рис. 1 Дифильное строение молекулы ПАВ
Такого типа молекула имеет сродство с разными по природе веществами, соединяя ранее не соединяющиеся вещества.
Объем потребления ПАВ в последние годы растет стабильно на 4–5 % и этот процент не мал, если сравнивать его с другими отраслями [1] (рис. 2).
Чтобы возможно было использование полимерного поверхностно-активного вещества в качестве смачивателя при добыче нефти, он должен: обладать растворимостью в воде, высокой степенью сродства к межфазным границам; высокой молекулярной массой, которая обеспечивает эффективность при низких концентрациях; способностью понижать поверхностное натяжение и изменять краевой гол смачивания.
ПАВ используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту. Очень широкое использование всех видов ПАВ при получении и применении синтетических полимеров и олигомеров [5]. Во многом от ПАВ типа и концентраций зависят технологические и физико-химические свойства получаемых латексов [6].
Одним из важных в настоящее время направлений применения является использование ПАВ в нефтеперерабатывающей отрасли, в виде смачивателей породы и для повышения коэффициента нефтеотдачи пласта, но он должен обладать хорошей растворимостью в воде, высокой молекулярной массой и степенью сродства к межфазным границам, еще способностью понижать поверхностное натяжение и краевой угол смачивания [7, 8].
Рис. 2. Объем потребления ПАВ
Методология. Роль липофильного (поглощающего) участка в продукте, в котором проходит синтез, выполняли продукты взаимодействия ксилола и формальдегида, а гидрофильного молекула 4-аминоантипирина.
Синтез поверхностно-активного вещества проводился в три стадии:
1. Построение полимерной ароматической цепи;
2. Конденсация цепи молекулой 4-аминоантипирина;
3. С помощью натриевой щелочи перевод продукта в соляную форму.
В ходе опытов было подобрано оптимальное соотношение исходных компонентов для получения стабильного полимерного поверхностно-активного вещества. Многократным лабораторным экспериментальным образом был подобран температурный интервал синтеза, Выявлено, что при использовании температур ниже 80°С синтез не протекает до конца, что говорит о не протекании реакции, а при использовании более высоких температур происходит осмоление продуктов синтеза, то есть деструкция, и их дальнейшее применение невозможно.
Основная часть. Синтез олигомерного ПАВ проходил по следующей предполагаемой схеме:
Наиболее интенсивные полосы поглощения сложных эфиров находятся в области 1444 и 1656см-1 – валентные колебания метильной и метиленовой группы. Доказательством наличия аминогруппы служит полоса поглощения 697 и см-1. ИК-спектр подтверждает соединение полимерной цепи с молекулой 4-аминоантипирином, через аминогруппу, о чем говорит пик 1128 см-1 (рис.3).
Рис. 3. ИК-спектр синтезированного вещества
Исследование ИК-спектра показало, что синтез прошел в соответствии с теоретическими расчетами и состав полученного продукта совпадает с предполагаемым составом:
Для изучения интенсивности смачиваемости твердой поверхности ситезировованным полимерным ПАВ был выбран метод лежащей капли. При росте концентрации поверхностно-активного вещества в дистиллированной воде улучшаются свойства смачивателя. При концентрации 1% происходит моментальное впитывание в поверхность. Было доказано (табл. 1), что при уменьшении концентрации ПАВ в воде, способность смачивания заметно снижалась.
Проанализировав результаты полученных зависимостей (табл 1.) можно утверждать, что полученный ПАВ обладает хорошей впитывающей способностью. Как мы видим, рост контакта раствора, содержащего ПАВ с поверхностью, зависит от повышения концентрации процентного содержания поверхностно-активного вещества. Что говорит о том, что полученный и исследуемый ПАВ обладает свойствами смачивания пород. При 0,05% содержании вещества происходит впитывание и пропадает потребность повышать концентрацию.
Таблица 1
Влияние концентрации ПАВ на краевой угол смачивания на поверхности глины юрской
и песка
|
Измеряемая величина |
Концентрация поверхностно-активного вещества (С), % |
|||||
|
0,1 |
0,05 |
0,0125 |
0,00625 |
0,003125 |
||
|
Глина Юрская |
θ, град |
7,1 |
9,5 |
15,5 |
17 |
18,1 |
|
Cosθ |
0,99378 |
0,98888 |
0,98888 |
0,98888 |
0,98888 |
|
|
Песок |
θ, град |
8,1 |
8,1 |
8,1 |
8,1 |
8,1 |
|
Cosθ |
0,99191 |
0,99191 |
0,99191 |
0,99191 |
0,99191 |
|
Поверхностное натяжение является важной характеристикой ПАВ. Поверхностное натяжение определяли на приборе тензиометр процессорный К100. Видно (рис 4.), что поверхностное натяжение изменяется обратно пропорционально росту концентрации раствора ПАВ. При концентрации 1,2 % поверхностное натяжение удалось снизить до 38,7мДж/м2.
Рис. 4. Изотерма поверхностного натяжения синтезированного ПАВ
Очень важной количественной характеристикой поверхностно-активного вещества является гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) Гриффина Дэвиса (табл. 2). Применение и использование ПАВ очень сильно зависит от числа ГЛБ. Если поверхностно-активные вещества имеют числа ГЛБ от 7 и до 9, то их применяют в качестве смачивателей. Если от 13 до 15, то они используются в качестве моющих средств, а от 15 и до 18 – в качестве стабилизаторов в водных растворах.
Таблица 2
Результаты измерений для определения ГЛБ
|
|
Высота эмульсионного слоя, см |
Общая высота содержимого, см |
|
Без добавления синтезированного ПАВ |
5 |
12 |
|
С добавлением синтезированного ПАВ |
0,2 |
12 |
Расчет проводится по формуле:
где 
– высота, образовавшегося эмульсионного слоя, L -высота всего содержимого цилиндра или пробирки (сосуда).
После сравнения рассчитанного значения ГЛБ, которое равно 8,33, со шкалой Гриффина, можно сделать вывод, что синтезированный и исследуемый олигомерный ПАВ соответствует смачивателям.
Выводы. Таким образом, в ходе исследований установлено, что синтезированный олигомерный ПАВ повышает эффективность смачивания, следовательно, возможно его дальнейшее использование в качестве смачивающей добавки.
