Введение к работе
Актуальность темы.
Прогресс в новых областях науки и техники связан с созданием новых более совершенных материалов, которые часто представляют органо-неорганические гибридные композиции. Наиболее простым и распространенным методом их получения является взаимодействие органического полимера (полиэлектролита ) с неорганическими наночастицами, к числу которых относятся алюмоксано-вые частицы золей полигидроксохлорида алюминия. Процесс образования поликомплексов происходит самопроизвольно при смешении водных растворов реагентов за счет нековалентных связей электростатической природы. Однако множественность возникающих кооперативных связей, как это показано на примере полиэлектролитных комплексов, часто приводит к образованию нерастворимых поликомплексов, поэтому установление общих закономерностей образования растворимых органо-неорганических поликомплексов является весьма актуальным как с позиции углубления сведений о межфазных взаимодействиях, так и с целью разработки новых гибридных материалов. Цель работы: установление основных принципов образования растворимых органо-неорганических поликомплексов наноразмерных алюмоксановых частиц с полиэлектролитами различного химического строения и определение направлений их практического применения.
Научная новизна: установлено принципиально важное влияние количества анионных групп в макромолекулах сополимеров акриламида с метакриловой кислотой, образующих ионные связи с положительно заряженными алюмокса-новыми частицами, на растворимость образующихся поликомплексов. Превышение содержания их более 4% мольных приводит к сильной компактизации макромолекул сополимера и фазовому разделению дисперсной системы. Показано, что как сильные (натриевая соль поли(4-винилбензолсульфокислоты)), так и слабые (полиакриловая и полиметакриловая кислоты) полиэлектролиты образуют нерастворимые поликомплексы, при этом изменение молекулярных масс в широком интервале значений не отражается на их растворимости. Установлено, что независимо от соотношения реагентов, образующиеся нерастворимые поли-
комплексы имеют постоянный характеристический состав. В случае же растворимых поликомплексов состав их меняется в широком интервале мольных отношений исходных реагентов, что отражается на реологических свойствах растворов поликомплексов.
Практическая значимость работы состоит в получении новых гибридных материалов с полезными свойствами:
- показана возможность использования поликомплексов в составе гелеобразую-
щих композиций, обеспечивающих эффективную водоизоляцию нефтедобыва
ющих скважин и способствующих увеличению нефтеотдачи пластов;
-установлена высокая связующая способность гелеобразных водных растворов
поликомплексов по отношению к кремнеземным материалам и показана воз
можность их практического применения в качестве экологически безопасного
связующего для получения литьевых форм и стержней.
Отдельные разделы работы выполнялись в соответствии с программами: -Тема 1.127.06 (ЕЗН) «Разработка коллоидно-химических принципов образования и структура полимерных комплексов органической и органоминеральной природы»);
Грант РФФИ № 08-03-00709 «Изучение комплексообразования ионогенных полимеров с продуктами гидролиза солей алюминия с целью получения гидрогелей для увеличения нефтеотдачи пластов»;
Государственный контракт № 02.445.11.7295 на выполнение НИР по теме 2006-РИ-112.0/001/092 «Полиэлектролитные полимер-коллоидные комплексы, используемые для разрушения устойчивых дисперсий и очистки сильнозагряз-ненных сточных вод»;
Соглашение № 02.120.21.1674-НШ-2008.3 «Разработка научных основ создания композиционных материалов на основе высокомолекулярных соединений и дисперсных систем органической и органо-минеральной природы»;
-Грант для молодых учёных ВолгГТУ-2008 «Разработка гелеобразующих композиций на основе водорастворимых полимеров и наноразмерных частиц полигидроксохлорида алюминия, используемых для увеличения нефтеотдачи пластов».
Апробация работы: материалы работы докладывались на: XXI Симпозиуме «Современная химическая физика» (Туапсе 2010 г.); Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2009,2010); III Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2009» (Москва ), а также на научно-технических конференциях при ВолгГТУ (2007-2010 гг.) Публикация результатов. Результаты проведённых исследований опубликованы в 5 научных статьях, из них в журналах, рекомендованных ВАК - 3, в зарубежных журналах - 2, в 8 тезисах докладов, получено 3 патента РФ . Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 170 наименований, включает 13 таблиц, 49 рисунков. Первая глава является литературным обзором работ, посвященных условиям и закономерностям образования интерполимерных комплексов, в том числе полиэлектролитных и полимер-коллоидных.
Вторая глава посвящена изучению закономерностей взаимодействия положительно заряженных алюмоксановых частиц с противоположно заряженными макромолекулами полиэлектролитов при их смешении. Были использованы полиэлектролиты, отличающиеся по величине заряда и гидрофобности - натриевая соль поли-4-винилбензолсульфокислоты (ПВБСК-Na), полиакриловая кислота (ПАК), полиметакриловая кислота (ПМАК), а так же сополимеры акрила-ми да с акриловой и метакриловой кислотой. Определены условия получения водорастворимых поликомплексов и влияние различных факторов на этот процесс (рН, ионная сила раствора, заряд полиэлектролита, молекулярная масса). В третьей главе обсуждается возможности использования полученных поликомплексов в качестве флокулянтов, водоизолирующих составов и связующих гелеобразных систем.
Четвертая глава является экспериментальной частью, в которой приведены данные об используемых реагентах, методиках получения и методах исследования и анализа.
