Общие сведения о полимерных реагентах

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.

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.

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

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

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.

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

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.

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

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

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.

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:

Слайд 10
а)
Линейные
б)
Разветвленная
в)
Пространственная

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.

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

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

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.
Слайд 14