Способ получения водорастворимого полимера – стабилизатора глинистых суспензий

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ров со стабилизирующим действием, которое может найти применение для приготовления промывочных жидкостей, тампонажных и буровых растворов, использующихся при глубоком бурении в поиске нефти и газа. Способ получения стабилизатора глинистых суспензий осуществляется путем сополимеризации малеиновой кислоты и акриламида при их мольном соотношении 14-8 с добавлением необходимого количества гидроксида натрия из расчета нейтрализации карбоксильных групп и гидролиза амидных групп. Процесс сополимеризации ведут в водной среде в присутствии персульфата калия в течение 3,5-4 часов в интервале температур 35-40 С с последующим гидролизом продукта сополимеризации при соотношении акриламида и гидроксида натрия 1,00,8 моль. Полученный водорастворимый полимер обладает достаточно высоким стабилизирующим действием и может применяться как стабилизатор глинистых суспензий, а также для закрепления грунтов,отвалов и подвижных песков.(72) Асанов Аманкайт Айдарова Айткуль Орынбасаровна Асанов Акылбек Аманкайтович Шилибек Кенжегали Кошкарбайулы(73) Республиканское государственное казенное предприятие Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Куренков В.Ф. и др. Кинетические особенности сополимеризации акриламида с малеиновой кислотой в водно-толуольных эмульсиях //Изв. ВУЗ. Сер. Химия и хим. технология. - Иваново, 1991. -т. 34,вып.8, с. 77-80 А.С. СССР 402530, опубл.42,19.10.1973 , -,, 1995, 56(1), 9-15(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛИМЕРА - СТАБИЛИЗАТОРА ГЛИНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ(57) Изобретение относится к коллоидной химии,а именно к получению водорастворимых полиме 13406 Изобретение относится к области коллоидной химии, а именно к получению водорастворимых полимеров путем гидролиза продукта сополимеризации малеиновой кислоты и акриламида при их соотношении 14, 16, 18, обладающих стабилизирующим действием глинистых растворов, и может найти применение в изготовлении промывочных жидкостей, тампонажных и буровых растворов, которые используются в глубоком бурении при поиске нефти и газа. Известен способ получения водорастворимого полимера (П) УНИФЛОК, полученного путем гидролиза полиакрилонитрила (ПАН) путем добавления гидроксида натрия в водно-спиртовой среде(Сатаев И.К., Бейсенбаев и др. Способ получения порошкообразного полиэлектролита (а. с.4744848/0.5 (СССР) от 10.05.1991, аналог). Недостатками данного способа являются недостаточно высокое стабилизирующее действие,применение органического растворителя, труднорастворимость и образование микрогетерогенной системы из-за неодинакового состава и неравномерного распределения карбоксильных и амидных групп вдоль цепи макромолекулы продукта гидролиза. Известен также способ получения водорастворимого полимера путем сополимеризации малеиновой кислоты с акриламидом (Куренков В.Ф., Нурулина В.В., Мягченков В.Я. Кинетические особенности сополимеризации акриламида с малеиновой кислотой в водно-толуольных эмульсиях // Изв. ВУЗ. Сер. Химия и хим. техн. Иваново.1991, т. 34, вып. 8,с. 77-80, прототип). По данному способу проводят сополимеризацию малеиновой кислоты с акриламидом в воднотолуольной среде, при их соотношении (37), далее диспергируют путем механического перемешивания в толуоле, содержащем эмульгатор сорбитал. Перед сополимеризацией из раствора реакционной смеси удаляют растворенный кислород, барботируя гелием в течение 20 мин. Сополимеризацию проводят,добавляя инициатор персульфат калия при нагревании 40-70 оС. Недостатком этого способа является сложность технологии, применение дорогостоящего и отрица тельно влияющего на окружающую среду органического растворителя толуола, невозможность использования конечного продукта без выделения из реакционной смеси, а также относительно низкое стабилизирующее действие. Задачей изобретения является разработка более простого способа, повышение стабилизирующего эффекта ВРП, полученного на основе сополимера малеиновой кислоты и акриламида. Поставленная задача достигается путем сополимеризации малеиновой кислоты (МК) и акриламида (АА) при их соотношении 14, 16, 18 в водной среде с продуванием азота в присутствии персульфата калия при температуре 35-40 оС с добавлением гидроксида . Продукт гидролиза полученных образцов сополимера условно назван МААГ-. Из этих вариантов наиболее оптимальным является ВРП, полученный в примерах 3 и 6, который установлен в результате исследования стабилизирующего действия на глинистые суспензии. Этот образец обладает наибольшим стабилизирующим действием по сравнению с остальными образцами ВРП, полученными при соотношениях 14 и 16. При получении сополимера увеличение количества АА более 8,50 частей нежелательно, так как уменьшается растворимость в воде, а уменьшение менее 4 частей снижает выход и стабилизирующий эффект полученного продукта. Если температура реакции сополимеризации будет меньше 35 С, реакция идет медленно, не до конца, а более 40 С приводит к некоторому снижению молекулярной массы сополимера. Стабилизирующее действие исследуемых ВРП оценивали по общепринятому методу, определяя изменения объема осадкаи толщины слоя жидкости Нсл.ж. над осадками, а также относительной скорости фильтрации Иотн глинистых суспензий измеряемой на приборе Оствальда (Григоров О.Н.,Карпова И.Ф. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. М. Л. Химия, 1964). Полученные данные показывают, что изменение этих параметров суспензии глин в зависимости от концентрации добавляемого ВРП различно (таблица). Таблица Если в исследованном интервале концентрации 0,05-0,25 действие УНИФЛОК вызывало осаждение глинистых частиц с образованием более плотных осадков, то в случае МААГ- объем осадка значительно больше. Повышение объема осадка,уменьшение толщины слоя жидкости над осадками и относительной скорости фильтрации в зависимости от концентрации отвечает началу стабилизирующего действия. Необходимое количество гидроксида натрия берут из расчета нейтрализации карбоксильных групп и для гидролиза амидных групп. Соотношение гидроксида натрия к акриламиду в расчете 0,81,0 моль имеет значение в последующем гидролизе продукта сополимеризации, который идет при температуре 97-99 оС на водяной бане в течение 1,5 часов. Отличительными признаками данного способа являются введение необходимого количества гидроксида натрия для нейтрализации карбоксильных групп малеиновой кислоты и процесса гидролиза амидных групп, подбор соотношения компонентов сополимеризации, водная среда и гидролиз. Причинно-следственная связь заключается в том, что добавленное количество гидроксида натрия для нейтрализации карбоксильных групп малеиновой кислоты и процесса гидролиза обусловливает чередование мономерных звеньев в цепи макромолекулы, которое способствует упорядоченному и равномерному гидролизу акриламидного звена, в результате чего улучшается стабилизирующее действие ВРП. Примеры конкретного осуществления способа. Пример 1. В трехгорлую колбу с объемом 250 мл, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, наливают раствор, состоящий из 2,90 частей малеиновой кислоты, 7,10 частей акриламида, 5,74 частей гидроксида натрия, 84,22 частей воды и инициатора персульфата калия, взятого в количестве 0,04 от веса мономеров, продувают азотом, закрывают и выдерживают в термостате в течение 4 часов при температуре 35-40 С. В результате сополимеризации получается прозрачная гомогенная масса с выходом 98,4 . Соотношение МК и АА составляет 14. Пример 2. Все, как в примере 1, только для сополимеризации берется 2,14 частей МК, 7,86 частей АА и 5,21 частей гидроксида натрия. Соотношение мономеров составляет 16 моль. Выход 99,2 . Пример 3. Все, как в примере 1, для сополимеризации берется 1,68 частей МК, 8,32 частей АА и 4,90 частей гидроксида натрия. Соотношение мономеров составляет 18 моль. Выход 99,8 . Пример 4. Полученный сополимер в примере 1 подвергается гидролизу на водяной бане при температуре 97-99 оС в течение 1,5 часов. Соотношение акриламида к гидроксиду натрия 1,00,8 моль. Пример 5. Все, как в примере 4, но гидролизу подвергается сополимер, полученный в примере 2. Пример 6. Все, как в примере 4, гидролизу подвергается сополимер, полученный в примере 3. При концентрации 0,05 МААГ- объем осадка . и толщина слоя жидкости над осадками Нсл.ж. и скорость фильтрации глинистых суспензии соответственно равны 48,50 1,50 и 0,17, а в присутствии полимера УНИФЛОК для достижения примерно такого же объема и скорости фильтрации необходима 0,5 концентрация. Это указывает на более высокое стабилизирующее действие полученного полимера МААГ- . Проявление более высокого стабилизирующего эффекта, по-видимому, связано с наличием в составе водорастворимого полимера МААГ- большего количества карбоксильных, амидных и карбоксилатных функциональных групп, имеющих достаточно высокую плотность и равномерно распределенных в цепи макромолекулы, которые обеспечивают высокую растворимость полимера в широком интервале концентрации, рН и усиливают стабилизирующее действие по отношению УНИФЛОК и МКАА. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения водорастворимого полимера-стабилизатора глинистых суспензий, включающий сополимеризацию малеиновой кислоты с акриламидом в среде растворителя в присутствии инициато-ра - персульфата калия с предварительным продуванием инертным газом реакционной смеси,отличающийся тем, что малеиновую кислоту и акриламид берут в молярном соотношении 1,04,08,0, в качестве растворителя используют воду, процесс ведут при температуре 35-40 С в течение 3,5-4 часов с последующим гидролизом продукта сополимеризации при нагревании до 97-99 С в течение 1,5 часов при молярном соотношении гидроксида натрия и акриламида, равном 0,81,0.