-Бөлім. Эксперименттік бөлім

1. 
   Бастапқы эаттарды таңдау
   

Фаза шекарасындағы стабилизация, флокуляция процестерді реттеудегі суда еритін полимерлерді қолдану, яғни құрылымдық өзгеру т.с.с. мына жағдайға сәйкес келсе, егер табиғаты, физика-химиялық, коллоидтық берілген қасиеттерге жауап берсе және де полимерлік қатарда молекулалық массасымен функционалдық топ эффектілі болып табылады.

Сондықтан жаңадан ерігіш полиэлектролит таңдау үшін мынадай жағдайлар болу қажет:

1. 
   Арзан және ыңғайлы шикізаттар немесе өнеркәсіптік қалдықтарын қолдану;
   
2. 
   Жоғары дәрежелі полимеризациялануды қолдану, себебі, макромолекуланың өлшемі және молекулалық массасы жоғары болады және де фазаның шекарасында адсорбциялық қабаттар пайда болады.
   
3. 
   Құрамында ионогендік және ионогендік емес функционалдық топ бар сипаттағы соңғы өнімді алу.
   

Берілген жұмысты орындау үшін жеке заңдарды қарастыратын зерттеу әдістерін таңдадық.

Алынған полимерді зерттеу үшін бос және әлсіз араласқан қоспалардан диализ әдісімен тазартамыз.

1,5%-тік полимер ерітіндісін целофандық қапшыққа құйып, жиілеп, суын ауыстырып тұру қажет (1-2 тәулік). Сонан соң диализденген бөліктерді кептіру үшін шкафта кептірдік t=40-45⁰С, 8-10 сағат аралығында.

Полимердің құрамын анықтау үшін ИК-спектроскопиялық анализ жүгіздік.

Заттың жарықты жұтуы—молекуланың қозуымен, тербелісімен түсіндіріледі. Тербелістің негізгі екі түрі бар:

Байланыстың бойымен атомның валенттілік тербелісі—бұл кезде байланыстағы валенттілік бұрыштар өзгереді. Тербелістің спектрінде де жұту жазығы болады. Тербелістің жиілігі спектрде әр түрлі қосылыстар ретінде сақталады және анықталады.

Спектрден полимерді алған соң жұтылған жазықтар арқылы қандай топ екенін немесе полимер екендігін анықтауға болады. Анализді спектрофотометр UR-20 өткіздік. Зерттеу үшін азғана гомогенид сілті металл ұнтағына кішкене полимер ұнтағын қосып, бір қалыпты масса болғанша араластырып вакуумды пресс формада қысымның көмегімен таблетка істейміз.

Ал суспензия дайындау үшін вазилиндік май қолданылады. Кең спиралді интервалда:5000-3100; 2700-1500см; 1300-70см^-1. Пастаны дайындау үшін полимерді майдалаймыз да вазилинді маймен араластырамыз. Дайындалған пастаны жұқа қабатпен кюветаның шынысына жағамыз да екінші шынысымен жабамыз. Сонан соң кюветаны ұстағышқа орналастырамыз. Полиэлектролит ерітінділерінің тұтқырлығын өлшеу үшін әр түрлі концентрациялық ерітінділер және кептірілген полимер дайындалады.

Полиэлектролит ерітінділерінің тұтқырлығы шыны капиллярлы вискозиметр ВПЖ-2 қондырғысында өлшенеді. Ішкі диаметрі d=0,73мм, вискозиметр тұрақтысы К=0,02714.

Вискозиметрді термостаттың ішіне салдық. Термостаттың температурасы ±0,01^оС дәлдікпен тұрақтандырылып тұрды.

Тұтқырлықты мына формуламен есептеп таптық:

С- полиэлектролит ерітіндісінің концентрациясы.

Полиэлектролиттер – ионогендік топтары бар үлкен молекулалық қосылыстар, ерітіндіде иондарға ыдырайды.

Ионогендік топтар үш класқа бөлінеді: полиқышқылдар, полинегіздер және полиаммфолиттер. Полиаммфолиттердің құрамына қышқылдық та, негіздік те топ бар. Қышқылдық және негіздік тобы бар әр полиаммфолиттердің өзіндік рН ортасы бар. Полиаммфолиттің изоэлектрлік нүктеде суммалық заряды нөлге тең.

Изоэлектрлік нүктені мынадай әдіспен анықтадық.

50 мл екі стақанға белгілі концентрациялы полиэлектролит саламыз. Екі стаканның біреуіне магниттік араластырғыш орнатып, электродтарды батырамыз да 0,1н NaOH ерітіндісмен рН=7,8,9,10,11 дейін титрлейміз.

Алынған ерітіндіні пипеткамен 10 см³ алып 20⁰С термостатқа орналасқан құрғақ вискозиметрге орналастырамыз. Әрбір 1-2 мин. соң секунтдомермен біткен уақытын белгіледік. Өлшеу нәтижелерін үш рет өкізіп орташа арифметикалық өлшемін қабылдадық. Өлшеу біткен соң вискозиметрді алып ішіндегі ерітіндіні төгіп рН –ы өзгеше полиаммфолит ерітіндісін құйып қайтадан өлшеулер жүргіздік.

Барлық өлшеулер біткен соң вискозиметрді тазалап жуып таза бидистилят еріткішінің біту уақытысын өлшеу керек (3 рет).

2.3. Топырақтың жасанды құрылымын түзгіш ретінде қолданылатын ұнтақ тәрізді полиэлектролиттердің әсерін

зерттеу.
Соңғы кездерде диспрестік жүйенің тұтқырлығын реттеуде суда ерігіш полимерлер (СЕП) қолданылады, қосылған қоспа топырақ дисперсиясының тұрақтылығын едәуір өзгертеді. Полимерді қосу жағдайына және қосқан көлеміне байланысты дисперсті жүйенің тұтқырлығының ұлғаюы сол сияқты төмендеуі ықтимал, бұл топырақ суспензиясын тұрақтандыруда табиғи және өндірістік ағын суларды қоспадан арылтуда, рудалық пульпты қоюландыруда, қалдықтарды фильтрлеу қасиетін және топырақ құрлымын жақсартуда т.с.с. кең түрде қолданылады.

Синтетикалық полимерлердің синтезі және полимер тәріздес түрленулер саласындағы жетістіктер дисперстік жүйелердің (структура) құрылым түзу процесіне әсер ететін, қышқылдық және негіздік функциональдық топтар құрайтын, ұнтақ тәрізді суда еритін сополимерлер алуға мүмкіндік береді [1].

Ұнтақ тәрізді суда еритін полиэлектролиттердің активтілігі, құрылым түзгіш ретінде, әдетте суға төзімді агрегаттар, топырақ, саз балшық немесе басқа ұнтақ тәрізді заттарды даярлауға қолданылады.

Осы хабарламада мочевина және акрил қышқылы негізінде алынған ұнтақ тәрізді суда еритін полиэлектролиттердің дисперстік жүйедегі құрылым түзу процесіне әсерін зерттеу нәтижелері келтірілген. Полиэлектролиттер өзінің молекулалық салмағының шамасына, функционалдық топтарының құрылымына және олардың табиғатына байланысты түрлі иілгіштік қасиетіке ие және түрлі факторларға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертеді.

Осыған сәйкес сулы ерітінділердің тұтқырлығына, концентрациясына, бастапқы мономерлердің қатынасына, рН ортаға, қосатын NaCl электролиттің мөлшеріне және т.б. байланысты СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролитінің құрылым түзу қабілеттілігі зерттелген.Топырақ салмағынан СПМАК концентрациялы 0,02-0,8%-те кезіндегі суға төзімді топырақты агрегаттың түзілу процесі 1-суретте көрсетілген.

Оңтүстік – Қазақстан обылысының әдеттегі сұр топырақты суға төзімді агрегатының құрылымын белгілі әдіcтеме бойынша анықталған [2] СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролитінің құрылым түзу қасиетін зерттеу, гидроксилді топ, азот құрлымды (-СООН, -ОН, -СОNН₂) топтарды ұлғайту суға төзімді топырақ агрегаттарының мөлшерін арттыратындығын көрсетті.

Бұл ұнтақ тәрізді полиэлектролит құрамындағы гидроксил топтарының

байланысты СПМАК құрлым түзу қабілеттілігі.

Гидроксил топтарының мөлшерін ұлғайту және олардың дисперстік жүйемен өзара әсері кезінде олар топырақ бөлшектерінің ұсақ дисперсті фракциялар мен адсорбцияланады, ал полиэлектролиттердің өздері елеулі конформациялық өзгерістерге ұшырайды.

Полимердің молекулалық салмағы мен оның құрылым түзетін әсері арасында тура пропорциональдық бар екені анықталды, яғни молекулалық салмақ неғұрлым үлкен болса, солғұрлым құрылым

түзетін эффект үлкен болады.

(2)СПМАКерітіндінің концентрациясына тәуелділігі.

Дисперсті жүйе бөлшектерінің суда еритін полимерлермен өзара әрекеттесу процесіне рН орта да әсер етеді. 3-суретте рН ортаға байланысты СПМАК ұнтақ тәрізді топырақ агрегаттары мөлшерінің өзгеруі көрсетілген.

төзімді топырақ агрегаттары мөлшерінің рН ортаға тәуелділігі.

СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролитінің қатысуымен суға төзімді топырақ агрегаттарын түзуге рН өзгеруі біркелкі әсер етпейді, яғни құрылым түзуші эффект қышқылдық және сілтілік ортада жоғарылайды, ал рН 5-8 кезде өзгермейді.

Түрлі рН ортадағы СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролитің көмегімен құрылатын, топырақтың жасанды құрылымы бұл процеске Н- байланыс әсерінен түсіндіріледі, рН-ты 4-ке дейін арттыру арқылы Н-байланыстың түзілу интенсивтілігі күшейтеді; рН үлкен кезде оның азаюы жүреді; ал бейтарап ортада ол минимальді.

Сілтілік ортаға өту кезінде Н-байланыстың түзілу интенсивтігінің ұлғаюы тағы да байқалады.

1-кестеде қосылатын NаСl мөлшеріне байланысты қосылатын топырақ агрегаттары мөлшерінің өзгеруі көрсетілген.

0,5: 1,0: 5,0 % NaCl электролитін топырақ салмағына қосу СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролитінің құрылым түзуші қабілетіне аз әсер етеді.

Суға төзімді топырақ агрегаттарының (%) қосылатын NaCl электролитінің мөлшеріне тәуелділігі.

Бұл тұзданған топырақта жасанды құрылым туғызу үшін СПМАК сериялы ионогенді сополимерлерді қолдануға мүмкіндік береді. Жоғарыда баяндаған эксперименттік мәліметтерден СПМАК ұнтақ тәрізді полиэлектролиттері топырақ дисперсиясында суға төзімді топырақ агрегаттарының түзілуіне қолайлы жағдай туғызатындығы келіп шығады, бұл бірқатар факторларға, жекелей алғанда, сулы ерітіндінің тұтқырлығына, -ОН, -СООН, -СОNН₂ функционалдық топтарының қатынасына, рН ортаға және қосылатын электролит мөлшеріне байланысты.

4. 
   Саз балшықты суспензиялардың құрылымдық-механикалық және фильтрациялық қасиеттеріне электролиттермен полиэлектролиттердің әсерін
   

Тұз шөгінділерінде бұрғылау практикасында қолданылатын дисперсті жүйелердің тұзға тұрақтылығын анықтау мақсатында түрлі электролиттердің қатыскымен саз балшықты суспензиялардың стабильділігі мен тұрақтылығының өзгерісін зеттеудің манызы өте зор.

Саз балшықты суспензияға әсер етуі бойынша электролиттер дисперсиясының негізгі қасиеттерін нашарлататын реагент-коагуляторлар (NaCl, CaCl₂ және т.б.) және саз балшықты суспензиялардың кейбір дисперсиялаушы қасиеттерін реттеу үшін қолданылатын реагент-пептизаторлар (NaOH, Na₂CO₃, Na₃PO₄ және т.б.) болып бөлінетіндігі белгілі.

Осыған байланысты гидрослюдалы-монтмориллонитті Қынграқ саз балшығымен байытылған суспензиялардың құрылымдық-механикалық және фильтрациялық қасиеттеріне жоғарыда аталған электролиттердің әсері зеттелді.

6-кестеде саз балшықтың дисперстігіне соданың пептиздеуші әсерін мақұлдайтын 0,05-тен—2%-ға дейінгі концентрациядағы оларды содамен өңдеу кезіндегі зеттелетін саз балшықты суспензиялардың негізгі қаситтері көрсетілген.

Саз балшықтың ион алмасу комплексінде суспензия Ca²⁺ иондарының Na⁺ иондарына алмасуы жүйе тұрақтылығын арттыруға және диффузиялық қабаттың дамуына алып келеді. Сонымен, Na₂CO₃ 0,05-тен—0,5%-ға дейінгі концентрациясында λ, Р_kl/η₁, В, СО азаюы және деформация модулінің ұлғаюы жүреді. Саз балшықтың алмасу комплексінде натрий катиондары мөлшерінің артуы саз балшық бөлшектерінің өз бетінше дисперсиялануын жеңілднтуге мүмкіндік береді, бұл сондай-ақ 0,2—0,5% Na₂CO₃ қосқан кезде (10-сурет) құрылым беріктігінің төмендеуінде бейнеленеді. Саз балшықты суспензияда соданың концентрациясын одан ары арттыру λ, Р_kl/η₁, В, Тк, СО мәндерін біршама жоғарылатады, бұл (1% жоғары) артықтық пептиздеуші әрекеттің әлсіреуіне алып келетін, натрий катиондарымен саз балшықты ион алмасу комплексін қанықтыру әсерінен жүйе тұрақтылығының аздап төмендейтіндігін білдіреді. Бұл аз болу мәнінің 30 минутта 23см³ дейін жоғарылайтындығымен бос сазды қабық түзілуімен және пластикалық беріктіктің Na₂CO₃ концентрациясына тәуелділігі қисығының өсуімен бейнеленеді. Бірақ, сода концентрациясының өзгеруімен жүйедегі салыстырмалы деформациялық даму сипаты бойынша жылдам эластикалық даму басымдылығымен суспензия тұрақты III құрылымдық-механикалық типте қалады. Сондай-ақ коагуляциялық құрылымның тұрақтылық коэффиценті де сәл өзгереді (11-сурет).