Общие сведения о полимерных реагентах

• 1 слайд

  Слайд 1
  Общие сведения о полимерных реагентах
  (МНД, ВМНД,ЗМНД)
  

• 2 слайд

  Слайд 2
  Общие сведения о полимерах в бурении
  Начиная с 1937г. – применение полимеров (кукурузный крахмал) для понижения водоотдачи - в глиносодержащих породах.
  - Быстрое внедрение других реагентов.
  - КМЦ
  - таннины
  - квебрахо
  -лигносульфонаты
  Основное их действие
  - защита глинистого раствора от флокуляции в минерализованной среде;
  - замещение глины в без глинистых системах;
  - применяют при перебуривании в водочувствительныхглинистых сланцев;
  - в пределах водоносных горизонтов.
  Основные свойства полимеров:
  - их универсальность;
  - расширение областей применения;
  - получение модификаций с заданными свойствами для выполнения определенных задач.
  

• 3 слайд

  Слайд 3
  - полимер состоит из элементов – мономера
  Мономер – основа полимера, это элемент полимера;
  - элементы (мономеры) соединяют химическим путем – полимеризация;
  - образуется цепь повторяющихся мономеров, - или групп;
  - после полимеризации получают полимеры:
  - с идентичными группами;
  - с различными группами;
  - группы могут быть изменены химическим путем после полимеризации;
  Полимеры – это основа для получения буровых растворов, регулирования их свойств – или основа регулирования свойств буровых растворов.
  Факторы, определяющие поведения конкретного полимера весьма сложные и часто незначительные и их взаимовлияние отражается, в разнообразии областей применения полимеров.
  Молекулярная масса и длина полимеров цепи: ее можно менять, ограничивая число концевых групп или путем химического обрыва длинных цепей.
  

• 4 слайд

  Молекулярная масса полимера: (точное название – относительная масса полимера) это сумма масс атомов, входящих в состав данной молекулы и выражается в атомных единицах массы (а.е.м)
  Т.к. 1 аем (иногда наз. Дальтон, D) равна 1/12 массы атома нуклида 12С.
  Молекул. Масса – молекулярный вес, значение молекулярной массы отраженной в а.е.м
  Практически – молекул. Масса равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекул.
  Молекулярная масса микромолекулы и полимера:
  Молекулярная масса микромолекулы связана со степенью полимеризации:
  М(макромол)=М(звена)•n
  n – степень полимеризации
  M – относит. молекулярная масса
  Для полимера, состоящего из множества молекул (макро) характерно, что в ходе реакции образуется полимер, в макромолекулу которого входит не строго постоянная число молекул Мономера поэтому М.М. и СП являются средними величинами для полимера.
  Мср (полим) = М (звена) • nср
  Например:
  Nмолекул полиэтилена (CH2 - CH2)n – или (C2H4) имеют молекул. массу28000, а 3N молекул – 140000, тогда м.м. этого полимера будет найдена следующая путем:
  • Находим среднее (числовое) значение:
  Мср (полимера) = (28000N+1400003N)/4N=(N(28000+3*140000))/4N=(28000+140000*3)/4=112000
  Среднечисловая степень пол (имеризации nср в этом случае равна:
  nср = Mср (полим)/М(С2H4)=112000/28=4000
  Очевидно М=28 – молекулярная масса этилена – из которого получают полиэтилен
  MС2H4 = (Мс)•2+(Мн)•4=12•2+1•4=24+4=28.
  Очевидно, если в паспорте полимера указан М.М. его, то зная массу его звена можно найти среднечисловое значение степени полимеризации:
  nср =М(полим.)/М(звена)
  Тип реагирующих групп.
  Химическая реакционная способность в основном зависит от типа групп присоединенных к молекуле и числа этих групп.
  Распределение функциональных групп по скелету полимера влияет на свойства его и реакционную способность, а так же поведение полимеров в расстворе
  Структура молекул – характерное расположение функциональных групп в молекуле полимера.
  
  Слайд 4
  

• 5 слайд

  5
  Полимеры вещества:
  - с идентичными группами
  Полимер (CH2СHCN-ПНАК) n- звеньев в цепи
  - с различными группами
  n
  n-звеньев в цепи
  Составные этих групп определяются свойства полимера:
  -флокулянт
  -загуститель
  -понизитель фильтрации
  [CH2CHCOONa]
  [CH2CHC(O)NH2]
  [CH2CHCN]
  акрилат Na
  акриламид
  акриланитрил
  Свойства зависят от их соотношения
  C – углеродная связь в звеньях
  n -число звеньев повторяется
  

• 6 слайд

  Слайд 5
  3.Характер молекул зависит от типа групп входящих в нее входящие группы могут присоединяться к полимеру, разделяются на 3 вида (класса):
  а)1 вид неионогенные:
  -ОH гидроксильная группа
  R1-O-R2 эфирная группа(OCH3) в КМЦ
  -О-R1 эфирная
  Например чаще O-CH3 эфирная
  CnHm - метил СH3
  -C-NH2 амидная группа
  R -СnHm углеводородный
  Не являются носителями зарядов
  б) 2 вид анионные – несут отрицательный заряд
  - СOO- →COONa карбоксильная группа
  -SO2O-→ SOONa – сульфоновые соединения
  -C6H5O-→C6H5OH –фенольные (фенол)
  SO3H → SO3- - сульфатная
  RCOOH – кислота органическая→COOH→COO-
  PO3=→HPO3 – фосфатная группа
  в) 3-й вид катионные
  -NH4+ – аминогруппы (органокатион)
  Более строгая классификация полимеров
  Распределение функциональных групп по скелету полимера влияет на свойства его и реакционную способность, а также поведение полимеров, в растворе.
  

• 7 слайд

  Слайд 6
  Структура молекул – характерное распределение структурных элементов в молекуле
  -линейная [КМЦ+модиф., ЧГПАА.]
  -Разветвленная
  -Сшитая
  

• 8 слайд

  Слайд 7
  5.Конформация молекул полимеров. Конформация это расположение в пространстве атомов, и функциональных групп образующих молекулу:
  а) Глобулизированная (свернутая) конформация
  глобула
  глобула
  Свернутая глобула
  б)Развернутая - конформация
  - Обеспечивает более эффективное действие реагента.
  -Образует более толстую защитную оболочку вокруг глинистых частиц.
  

• 9 слайд

  Слайд 8
  Механизм конформации.
  - если получена глобула из молекулы полимера (например при заметной минерализации по Ca++) то молекула полимера сворачивается, и на поверхности
  Глобулы выделяются функциональной группы COONa(когда нет Са+2)
  При диссоциации ионогенных групп на каждом звене молекулы появляется остаток карбоксильной группы –COO-, несущий отрицательный заряд.
  Между соседними ионогенными группами COO- действуют силы отталкивания в результате чего действия этих сил приводит к тому, что клубок растягивается и превращается в спираль – развернутая конформация.
  Очевидно, вытянутая спираль!
  Получение развернутой конформации молекул, полимера, имеющего в составе ионогенные функциональные группы COONa→COO- (COO- остаток карбоновой кислоты - карбоксил)
  Но есть уже и катионные полимеры (содержащие в макромолекулах амминогруппыNH4+)
  Классификация защитных коллоидов
  

• 10 слайд

  10
  Если в среде присутствуют более активные катионы Ca+2 приведшие к глубулизации молекулы полимера, то они будут насыщать спираль катионами Ca+2
  Образует
  Карбоксилат Ca+2
  И молекула будет иметь глобулярную конформацию - эффективность ниже в буровом растворе.
  Глобула
  Так как выделившиеся функциональные группы COONa→COO- + Na+, а Ca+присоединяется к COO-→COOCa – силы отталкивания уменьшают – спирали переходят в глобулу
  

• 11 слайд

  Слайд 9
  
  Виды полимеров по происхождению (природе)
  Природные полимеры – это белки и полисахариды.
  - Белки основа живых организмов, существ. часть живой клетки: зерна, бобов, пшеницы, молоко, яиц.
  - нерастворимые белки – шерсть, шелк, с волокнистными покрытиями.
  По химической природе белки – полиамиды получаемые из исходных мономеров за счет синтеза и α-аминокислоты. Белки обладают амфотерными свойствами т.к. содержат группы
  COOH– карбоксил
  NH2 –амид
  Полисахариды – полимерные углеводы с общей формулой (С6Н10О5) – сотни и тысячи моносахаридных звеньев.
  

• 12 слайд

  12
  ВМС – синтетические высокомолекулярные соединения
  - имеют относительную молекулярную массу от 10000 до нескольких миллионов.
  - состоят из большого числа повторяющихся одинаковых звеньев мономеров.
  -размер молекул до 1000 HM и более – соизмеримы с размером частиц ультрамикрогетерогенных дисперсных систем.
  Синтетические ВМС получают из низкомолекулярных путем синтеза – из мономеров.
  Молекула мономера и структурное звено – одинаковы по составу, но различны по строению.
  Форма микромолекул полимеров
  Два вида групп в молекуле:
  а) идентичные
  б) различные группы
  Высокомолекулярные вещества - природные соединения
  Происхождение: каучук, полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты.
  Синтетические высокомолекулярные вещества получают из низкомолекулярных путем синтеза ( используют в том числе и при бурении в качестве химреагентов.
  Низкомолекулярные вещества из которого синтезируют полимер – это мономер.
  Многократно повторяющиеся в микромолекуле одинаковые группы атомов - это структурные звенья.
  Молекула мономера и структурное звено - одинаковые по составу, но различны по строению.
  Молекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму:
  

• 13 слайд

  Слайд 10
  а)
  Линейные
  б)
  Разветвленная
  в)
  Пространственная
  

• 14 слайд

  Слайд 11
  Получение полимеров: так как полимеры обладают важными свойствами высокой механической прочностью ( особенно с пространчтвенной структурой), то их широко применяют в промышленности.
  Синтез полимеров
  Высокомолекулярные вещества синтезируют двумя способами:
  -полимеризацией – процесс соединения молекул в более крупные;
  - поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных веществ из низкомолекулярных веществ, идущий с отщеплением побочного продукта (чаще воды).
  Для получения полимеров используют ненасыщенные или полуфункциональные низкомолекулярные соединения – маномеры.
  

• 15 слайд

  Методы синтеза полимеров основаны на реакциях полимеризации и поликоннденсации.
  1)Полимеризация - реакция соединения молекул маномера в результате которой образуются молекулы, не отличающиеся по составу от исходного мономера.
  Эта реакция не сопровождается выделением побочных продуктов типичная реакция синтеза полиэтилена из этилена.
  n(CH2-CH2) (-CH2-CH2-CH2)n
  Этилен n C2H4 полиэтилен
  2) Поликонденсация реакция образования полимера, при которой соединение мономеров сопровождается выделением простых низко молекулярных веществ: воды, аммиака (NH3) и др.
  3) Сополимеризация – процесс получения полимера из двух или более мономеров разного состава. Свойства сополимеров обычно не являются простой суммой свойств соответствующих полимеров.
  Линейные полимеры – обладают высокоэластичными свойствами, хорошо растворяются в воде. Применение основано на способности образовывать волокна, а значит нити полимеры с пространственной структурой, образованной за счет поперечного связывания линейных – сшивка менее эластична и обладает большей твердостью, такой полимер полностью утрачивает растворимость и способен лишь набухать с увеличением во много раз своего объёма.
  При взаимодействии макромолекулы образуются ассоциаты - надмолекулярных структурных размеров и форм из промолекулярные полимеры.
  Слайд 12
  

• 16 слайд

  Полиэклектролиты - полимеры с йоногенными группами CH2СHOOH- они бывают:
  -поликислоты
  -полиоснования
  -полиамфолиты
  Пример сшитых полимеров – ионобменные смолы и др.
  Для томпонирования смолы органические по происхождению высокомолекулярные соединения (ВМС):
  - природные
  - синтетические
  Природные:
  · Белки - содержат COOH- карбоновую кислоту NH4 аммоний
  · Основа живых организмов: молоко, зерно и др.
  · Полисахариды – полимерные углеводы состоят из сотен и тысяч моносахаридных звеньев с общей формулой (C6H10O5)n
  наиболее важные целюлозе и крахмал
  Целюлоза
  [C6H7O2(CH)3]n
  Крахмал
  (C6H10C5)n
  
  Слайд 13
  

• 17 слайд

  Синтетические ВМС получают за счет реакции полимеризации и поликонденсации свидетельствуют о том, что цепи полимеров могут состоять из атомов углерода( карбоцепные полимеры) и могут в цепи содержать на ряду с атомами углерода, атомы кислорода, азота, серы – гетероцепные полимеры.
  Разновидности синтетических полимеров (ВСМ)
  Карбоцепные полимеры – состоят из атомов углерода(С)
  Гетероцепные полимеры содержащие в цепи полимера наряду с атомами углерода, атомы кислорода, азота, серы.
  
  17
  Слайд 14
  

• 18 слайд

  Углеродная связь в макромолекуле полимера
  (на основе гипана)
  Гипан
  Между nзвеньями С – связь
  Это карбоцепной полимер - связи в молекуле и звеньях через атомы С
  Т.е можно разбить на функциональные группы
  Слайд 15