Структура и вязкоупругие свойства смешанных мицеллярных растворов олеиламидопропилбетаина и анионного ПАВ

• Автор: Куряшов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Особенности формирования мицеллярных структур в

водных растворах поверхностноактивных веществ.

1.1.1 Самоорганизация молекул ПАВ.

1.1.2 Влияние структуры молекул ПАВ на размер

и форму мицелл.

1.1.3 Особенности смешанных растворов ПАВ

1.1.4 Растворы алкилбетаинов и их смесей с ионными ПАВ.

1.2 Реологические и структурные свойства мицеллярных

растворов ПАВ.
1.2.1 Основные понятия реологии
1.2.2 Растворы сферических мицелл
1.2.3 Растворы цилиндрических мицелл.
1.2.4 Модель Кейтса для вязкоупругого раствора ПАВ.
1.2.5 Структура сетки зацеплений в растворах цилиндрических мицелл ПАВ
1.3 Применение вязкоупругих ПАВ в составах для интенсификации
добычи нефти
ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования.
2.2.1 Определение межфазного натяжения.
2.2.2 ЯМРсамодиффузия.
2.2.3 Реологический метод исследования.
2.2.4 Динамическое двулучепреломление
2.2.5 Динамическое рассеяние света.
2.2.6 Получение электронных микрофотографий
2.2.7 Фильтрационные исследования кислотных составов
па моделях пласта.
ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Самоорганизация в смешанных водных растворах
ОАПБ и ДБСН
3.1.1 Поверхностноактивные свойства смешанных водных растворов ОАПБ и ДБСН.
3.2 Реологические свойства смешанных растворов ОАПБ и ДБСН
3.2.1 Влияние соотношения ПАВ на реологические свойства смешанных растворов ОАПБ и ДБС
3.2.2 Влияние общей концентрации ПАВ на реологические свойства смешанных растворов ОАПБ и ДБСН
3.2.3 Время жизни и время рептации смешанных
цилиндрических мицелл ОАБ и ДБСН
3.2.4 Время релаксации и модуль упругости смешанных
растворов ОАПБ и ДБСН.
3.3 Структурные свойства смешанных мицеллярных
растворов ОАПБ и ДБСН
3.3.1 Определение гидродинамических радиусов агрегатов в смешанных растворах ОАПБ и ДБСН.
3.3.2 Персистентная длина смешанных цилиндрических
мицелл ОАПБ и ДБСН
3.3.3 Контурная длина смешанных цилиндрических
мицелл ОАПБ и ДБСН
3.4 Влияние температуры на реологические и структурные свойства смешанных растворов ОАПБ к ДБСН.
3.4.1 Влияние температуры на реологические свойства смешанных растворов ОАПБ и ДБСН
3.4.2 Влияние температуры на контурную длину смешанных цилиндрических мицелл ОАПБ и ДБСН
3.5 Разработка и испытание технологии направленного
кислотного воздействия на призабойную зону пласта.
3.5.1 Разработка самоотклоняющегося кислотного состава.
3.5.2 Оценка эффективности воздействия самоотклоняющегося кислотного состава на карбонатную породу
3.5.3 Технология применения самоотклоняющегося
кислотного состава.
Выводы.
Список использованных источников


Молекулы поверхностноактивных веществ ПАВ характеризуются наличием в их структуре двух участков с противоположными свойствами гидрофильной головной группы и гидрофобного липофилыюго углеводородного радикала. Гидрофильная часть содержит полярную или заряженную группу. Гидрофобная часть молекулы ПАВ может быть представлена одной или несколькими углеводородными цепями. Они могут быть как линейного, так и разветвленного строения, а также иметь в своей структуре двойные связи 1. Дифильная структура молекул определяет ряд свойств ПАВ в водном растворе молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности раздела двух фаз так, чтобы минимизировать контакт гидрофобных частей с водой. Это приводит к понижению поверхностного натяжения на границе раздела водавоздух. Кроме того, структура молекул ПАВ определяет их тенденцию к самоассоциации в растворах, которая проявляется в образовании мицелл. Движущей силой мицеллообразования является гидрофобный эффект, имеющий энтропийную природу. Он рассматривается как усиление взаимодействий между углеводородными радикалами молекул ПАВ в присутствии растворителя 2. Существующие теории гидрофобного взаимодействия носят преимущественно модельный характер 1,3. Основное внимание в них уделяется разности энтропии воды вблизи гидрофобного вещества и в объеме раствора. Рассмотрим проявление гидрофобного эффекта с позиций термодинамики. Ав АН ТАБ 1. Гиббса Н энтальпия Т температура энтропия. Из приведенного уравнения видно, что свободная энергия Гиббса системы слагается из двух эффектов энталышйного теплового АН и энтропийного ТАБ. Экспериментальные исследования поведения ряда ПАВ в воде 1,2 показали, что величины АН при формировании мицелл обычно малы и могут быть как отрицательными, так и положительными. Поскольку мицеллообразоваиие является самопроизвольным процессом, оно должно сопровождаться уменьшением свободной энергии системы. Вышесказанное позволяет сделать вывод об определяющей роли энтропийных изменений, которые связывают с особенностями структуры воды как растворителя. В соответствии с представлениями о структуре воды направленные водородные связи между молекулами способствуют упорядоченности в расположении ее молекул в объеме раствора. Введение в раствор одиночных молекул ПАВ приводит к увеличению средней степени упорядоченности и снижению подвижности молекул воды. Эго происходит за счет образования дополнительных водородных связей. Повышение степени упорядоченности молекул воды вблизи углеводородных радикалов сопровождается уменьшением энтропии. Это оказывается термодинамически невыгодно. Выигрыш энергии достигается при объединении неполярных частей ПАВ в углеводородное ядро мицеллы, при котором уменьшается площадь их контакта с водой. Высвобождение молекул воды и рост их разупорядочениости приводят к росту энтропии системы, чао и лежит в основе гидрофобного эффекта. ККМ. При этом, площадь контакта полярной или неполярной поверхности в мицеллах минимизируется по отношению к жидкости противоположной полярности 4. В полярных жидкостях например, в воде молекулы ПАВ при низких концентрациях образуют прямые мицеллы рис. ПАВ, а полярные головные группы ориентированы к объемной фазе. При изменении полярности среды молекулы ПАВ меняют ориентацию по отношению к растворителю и образуются ассоциаты, называемые обратными мицеллами рис. ОС
. Рисунок 1. Сферическая мицелла это одна из возможных форм самоассоциации ПАВ, но не единственная. Морфология образующейся мицеллы ПАВ может быть разной сфера, цилиндр, ламеллярная мицелла, везикула и пр. Рассмотрим полный процесс самоорганизации со всеми возможными фазовыми переходами, которые можно наблюдать при постепенном увеличении концентрации ПАВ в растворе. Рисунок 1. Примеры самоорганизации ПАВ. При небольшом содержании ПАВ существуют истинные растворы, в которых отсутствует взаимодействие молекул ПАВ друг с другом. По достижении ККМ происходит объединение молекул ПАВ в сферические мицеллы рис. Последующее добавление ПАВ приводит к росту числа мицелл и их размеров, в то время как количество свободных молекул не увеличивается. Увеличение размера мицеллы с увеличением концентрации это типичное поведение для многих ПАВ.