ПОЛИАНИОННАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА
Полианионная целлюлоза (ПАЦ) - это разновидность натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с повышенной степенью замещения.
ПАЦ представляет собой легкосыпучий порошок от белого до кремоватого цвета, без запаха и вкуса. Полианионная целлюлоза не токсична, имеет высокую термостойкость и солестойкость. ПАЦ снижает показатель фильтрации при введении в водную фазу бурового раствора, выполняет роль эффективного загустителя.
В промышленности полианионная целлюлоза применяется:
в качестве регулятора вязкости;
как понизитель водоотдачи для всех типов буровых растворов на водной основе;
для препятствия размытию глины и глинозема водой, предотвращая их смачивание и оползание в скважину;
для снижения напора на трение потока, которые обычно возникают при вертикальном и горизонтальном бурении.
ПАЦ является эффективным реагентом в насыщенных солевых и магниевых растворах. Проявляет стойкость к загрязнению ионами кальция.
Известные способы получения ПАЦ разделяются на так называемые "водные" (осуществляемые в водных средах) и "суспензионные" (осуществляемые в среде органического растворителя). При этом все известные технологии получения ПАЦ ставят целью повышение равномерности распределения карбоксиметильных групп в АГЗ и вдоль макромолекулы целлюлозы.
Способ получения ПАЦ осуществляют следующим образом. Проводят активацию целлюлозы методом гидропульпирования в воде или водном растворе гидроксида натрия концентрацией 0,01-6,0% или методом сухого помола с использованием ножевых дробилок. В РСМ типа АШ подают активированную целлюлозу, NaМХУК и гидроксид натрия в виде водного раствора в количестве 0,9-1,2 на 1 моль целлюлозы, проводят интенсивное перемешивание в течение 2-3 мин при скорости сдвига 500-3000 с-1 и коэффициенте заполнения объема 0,7-0,9. Затем полученный продукт, представляющий собой частично карбоксиметилированную целлюлозу, передают посредством транспортирующего устройства, например транспортного шнека в следующую последовательно расположенную РСМ. При частном случае осуществления способа при передаче продукта посредством транспортирующего устройства проводят его обдувку воздухом или инертным газом (преимущественно азотом), отгоняя увлажненный воздух; наилучшие результаты достигаются при времени пребывания полученного продукта на транспортирующем устройстве 2-3 мин. Полученный продукт подают в следующую РСМ с одновременной подачей гидроксида натрия в виде водного раствора в количестве 0,4-0,6 моль на 1 моль целлюлозы: эта подача может быть осуществлена как в один прием, так и в несколько порций; в последнем случае количество подаваемого реагента может быть распределено поровну. Для осуществления способа и достижения технического результата достаточно двух РСМ, однако лучшие результаты достигаются при большем количестве РСМ при повторении заявляемой последовательности стадий в заданных режимах. Количество используемых РСМ продиктовано необходимостью достижения заданных свойств ПАЦ, а также техническими возможностями производства. По окончании перемешивания получаемый продукт выгружают в сушилку вакуумного типа, где его выдерживают при температуре не более 85°С.
Прозрачность водного раствора ПАЦ также характеризует равномерность распределения карбоксиметильных групп: в случае неравномерного распределения карбоксиметильных групп и наличии АГЗ, не содержащего карбоксиметильных групп, водные растворы полученной ПАЦ (Na-КМЦ с высокой степенью замещения) будут содержать отдельные нерастворимые частицы целлюлозы и иметь более низкую прозрачность. Для определения прозрачности водный раствор ПАЦ концентрацией 1% помещали в прозрачный цилиндр, освещенный постоянным источником света при работе низковольтной вольфрамовой лампы мощностью 3 Вт, под который помещали метку. Постепенно понижая уровень пробы до тех пор, пока не станет видна метка, определяли высоту столба жидкости.
Для измерения водоотдачи в условиях полиминеральной агрессии использовали глинистый раствор, содержащий 1%. ПАЦ. Показатель водоотдачи определяли как объем фильтрата, который отфильтровывали в течение 30 мин из глинистого раствора концентрацией 7%, насыщенного хлоридом натрия и содержащего хлористый кальций в количестве 1,5%, через бумажный фильтр на фильтр-прессе.
Для осуществления способа могут быть использованы следующие вещества:
Целлюлоза древесная.
Целлюлоза хлопковая.
Целлюлоза порошковая.
Гидроксид натрия.
Натриевая соль монохлоруксусной кислоты (монохлорацетат натрия).
Вода.
В соответствии с вышеописанным способом активацию целлюлозы осуществляли методом гидропульпирования: таким образом, для дальнейшей переработки использовалась волокнистая целлюлоза.
Целлюлоза является одним из важнейших природных высокомолекулярных соединений, на основе которого создано и создается большое число материалов различного назначения. Ввиду того что в природе происходит постоянное воспроизводство этого полимера и при разумном отношении к окружающей среде запасы его неисчерпаемы, многие отрасли народного хозяйства и в будущем должны ориентироваться на использование целлюлозы и ее производных. Возможность целенаправленного синтеза производных целлюлозы с заранее заданными свойствами открывает новые перспективы использования этого ценного продукта. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению вопросов получения и применения водорастворимых производных целлюлозы, необходимо хотя бы кратко остановиться на свойствах исходного продукта - целлюлозы.
В воднодисперсионные клеи иногда вводят антисептики, из которых наиболее активен и не снижает агрегативной устойчивости водорастворимый пентахлорфенолят натрия. Введение антисептиков необходимо для клеев, содержащих казеинат аммония и производные целлюлозы. Огнезащитные добавки менее широко применяются в клеях, чем-в воднодисперсионных красках. Например, добавка в клей на основе ПВА дисперсии около 10 % производного 1,2-дихлорпропан-З-фосфоната приводит к получению самозатухающей пленки клея. Недостатком воднодисперсионных клеев и красок является их низкая морозостойкость. Под морозостойкостью понимается способность воднодисперсионных систем восстанавливать первоначальные свойства после определенного числа циклов замораживания до заданной температуры и оттаивания. Появление кристаллов льда нарушает адсорбционные слои на частицах дисперсий и приводит к необратимой коагуляции. Полное вымораживание воды происходит при температуре от —15 до —40°С в зависимости от природы и содержания ПАВ, загустителей, стабилизаторов, пластификаторов и других компонентов, которые при охлаждении постепенно концентрируются в незамерзшей части воды.
Свойства производных целлюлозы в значительной мере зависят от равномерности распределения замещающих групп. При более равномерном распределении замещающих групп улучшается растворимость, а также механические свойства. Степень замещения, обеспечивающая получение водорастворимой этилцеллюлозы, лишь 0,6—0,7, если целлюлоза гомогенно алкилируется в растворе, тогда как при гетерогенном алкилировании щелочной целлюлозы в твердой фазе (в продажных продуктах) степень замещения обычно должна быть примерно 1,2—1,5.
Методом суспензионной полимеризации в США производится основная часть поливинилхлорида. Реакцию проводят в водной дисперсии хлористого винила. Свойства полученного полимера зависят от подбора суспендирующего агента, который определяет размер частиц полимера, их форму и пористость. В свою очередь от характера частиц зависят насыпной вес полимера, его сыпучесть, способность абсорбировать пластификатор и легкость переработки. Типичными суспендирующими агентами являются поливиниловый спирт, водорастворимые производные целлюлозы и желатина, которые используют в концентрации 0,05—0,5% по весу. Иногда к полимеризационной смеси добавляют также 0,03—0,07% (по весу) эмульгатора, например сульфированного масла или сложного эфира, облегчающего регулирование размера и формы диспергированных частиц. Полимеризацию проводят в присутствии свободнорадикального инициатора, растворимого в мономере (например, перекиси доде-цила), при температуре 50—60°С и давлении около 0,7МН/м2 (7 атм).
Широко используют все виды ПАВ при получении и применении синтетич. полимеров. Важнейшая область потребления мицеллообразующих ПАВ — производство полимеров методом эмульсионной полимеризации. От типа и концентрации выбранных ПАВ (эмульгаторов) во многом зависят технологич. и физико-химич. свойства получаемых латексов (см. Эмульсионная полимеризация, Латексы синтетические). ПАВ (гл. обр. высокомолекулярные) применяют также для облегчения концентрирования каучуковых латексов методом сливкоотделения, для повышения агрегативной устойчивости натурального или синтетич. латекса. Иногда в латекс с целью его сенсибилизации, т. е. увеличения чувствительности к действию коагулирующих факторов, вводят ПАВ, ослабляющие защитное действие стабилизаторов. ПАВ используют также при суспензионной полимеризации. Обычно применяют высокомолекулярные ПАВ — водорастворимые полимеры (поливиниловый спирт, производные целлюлозы, растительные клеи и т. п.). ПАВ как обязательные компоненты содержатся в водных дисперсиях полимеров, получаемых механич. диспергированием или путем образования новой полимерной фазы из пересыщенного р-ра. Смешением лаков или жидких масляносмоляных композиций с водой в присутствии эмульгаторов получают эмульсии, применяемые при изготовлении пластмасс, кожзаменителей, нетканых материалов, импрегнированных тканей, водоразбавляемых красок и т. д.
В нефтегазодобывающей промышленности в качестве понизителя фильтрации и для придания необходимых реологических свойств буровым растворам. В горнообогатительной промышленности при флотационном обогащении медно-никелевых и сильвинитных руд. В производстве синтетических моющих средств и товаров бытовой химии как диспергирующая добавка. В бумажной промышленности для повышения прочности и улучшения печатных свойств бумаги.
В строительной промышленности при производстве клеев, лакокрасочных материалов и сухих строительных смесей. В текстильной промышленности для придания износостойкости и эластичности волокон. В производстве косметических и парфюмерных препаратов в качестве загустителя.