Получение КМЦ и ПАЦ различными методами с использованием целлюлоз различного происхождения

PRODUCTION OF CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC) AND POLYANIONIC CELLULOSE (PAC) VARIOUS METHODS USING CELLULOSES OF DIFFERENT ORIGIN

FURAZOV M.N.1,
KRYUKOV S.V.2,
KRYAZHEV V.N.2
1 VlSU (Vladimir State
University)
named after A.G. and N.G. Centennial
Vladimir, 600000,
Russian Federation
2 «Policell» CJSC
Vladimir, 600016,
Russian Federation

Представлены сравнительные результаты исследования технических марок КМЦ и ПАЦ, полученных разными методами синтеза с использованием целлюлоз различного происхождения.

Comparative results of a study of the technical grades of CMC and PAC obtained by different synthesis methods using celluloses of various origins are presented.

В предыдущих публикациях [1, 2] нами был рассмотрен ассортимент основной продукции, выпускаемой ЗАО «Полицелл» для нефтегазодобывающего комплекса, включая наиболее значимые компоненты буровых растворов, такие как карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
и полианионная целлюлоза (ПАЦ), смазки, кольматанты и др. В данном материале представлены сравнительные результаты исследования технических марок КМЦ
и ПАЦ, полученных различными методами синтеза с использованием целлюлоз различного происхождения.
Оптимизация любого технологического процесса и поиск более дешевого сырья всегда находятся в центре внимания производственников, особенно если в качестве сырья используют природные полимеры, каковыми являются целлюлозы различного происхождения. При использовании нового целлюлозного сырья или при разработке новых марок эфиров целлюлозы всегда возникает вопрос, насколько данный тип целлюлозы при производстве КМЦ или ПАЦ может удовлетворить требования потребителя и в какой степени требуется корректировать параметры технологического процесса, что также играет немаловажную роль для получения качественного продукта.
В центральной заводской лаборатории ЗАО «Полицелл» методом технологической пробы постоянно проводятся испытания целлюлоз различного происхождения для производства технической КМЦ и ПАЦ. На сегодняшний день накоплен большой экспериментальный материал о пригодности различных целлюлоз для производства КМЦ.

В центральной заводской лаборатории ЗАО «Полицелл» методом технологической пробы постоянно проводятся испытания целлюлоз различного происхождения для производства технической КМЦ и ПАЦ. На сегодняшний день накоплен большой экспериментальный материал о пригодности различных целлюлоз для производства КМЦ. В табл. 1 и табл. 2 приведены результаты испытания древесных и хлопковых беленых целлюлоз в одинаковых условиях для производства технических марок КМЦ и ПАЦ.

Для сравнения свойств КМЦ, полученной из различного сырья, были взяты для анализа: сульфатная беленая целлюлоза Братского ЦБК, сульфитная целлюлоза для химической переработки фирмы «ENOALFA» и хлопковая целлюлоза из Ферганы и Китая. Далее в лабораторных условиях твердофазным методом были получены образцы КМЦ.

Для синтеза ПАЦ и отработки оптимальной технологии ее получения, а также испытания различных целлюлоз суспензионным методом создана лабораторная установка, включающая в себя герметичный аппарат, снабженный рубашкой и перемешивающим устройством, конденсатором и сборником спирта, а также оснащенная вакуум–насосом и измерительными приборами. Эта установка позволяет проводить процесс синтеза ПАЦ с загрузкой до 200 г по целлюлозе. Получение щелочной целлюлозы можно проводить при охлаждении, сам синтез при нагревании в атмосфере азота, регулируя интенсивность перемешивания реакционной массы.
Как видно из представленных результатов, коммерческие древесные целлюлозы имеют степень полимеризации (СП) порядка 1000, а хлопковые – 2000 – 3000. Реакционная способность целлюлоз в реакции карбоксиметилирования, определяемая по степени замещения (СЗ) получаемой КМЦ, отличается в зависимости от типа исходной целлюлозы и способа ее варки. В то же время вязкость (η) растворов КМЦ различных марок зависит от СП исходной целлюлозы. Такие параметры, как вязкость растворов (η), содержание основного вещества (СОВ), в основном, зависят от технологии получения КМЦ и мольного соотношения реагентов. Важным параметром является является фильтрация модельного бурового раствора, измеряемая у модельного бурового раствора. По требованиям технических условий на продукт показатель фильтрации должен быть менее 10 см3/30 мин. Видно, что у образцов КМЦ из древесной целлюлозы имеются худшие показатели по сравнению со специальной целлюлозой для химической переработки и хлопковой целлюлозой.
Для синтеза ПАЦ и отработки оптимальной технологии ее получения, а также испытания различных целлюлоз суспензионным методом создана лабораторная установка, включающая в себя герметичный аппарат, снабженный рубашкой и перемешивающим устройством, конденсатором и сборником спирта, а также оснащенная вакуум-насосом и измерительными приборами. Эта установка позволяет проводить процесс синтеза ПАЦ с загрузкой до 200 г по целлюлозе. Получение щелочной целлюлозы можно проводить при охлаждении, сам синтез при нагревании в атмосфере азота, регулируя интенсивность перемешивания реакционной массы. Отгонка спирта проводится под вакуумом. Внешний вид установки представлен на рис. 1.
Образцы ПАЦ синтезировали твердофазным методом в смесителе Вернер–Пфляйдерер, а синтез ПАЦ суспензионным методом осуществляли на представленной установке (рис.1) с использованием хлопковой и древесной целлюлоз. Результаты анализов качества ПАЦ, полученных в одинаковых условиях при одинаковых мольных соотношениях реагентов, представлены в табл. 2.
Сопоставление качества ПАЦ, произведенных твердофазным и суспензионным методами, показало очевидные преимущества суспензионного метода получения ПАЦ. Образцы ПАЦ, полученные суспензионным методом, имеют более высокую степень замещения (0,95 – 0,96), вязкость и, что особенно важно, лучшие показатели фильтрации (водоотдачи) модельных буровых растворов.
Сопоставление качества ПАЦ, произведенных твердофазным и суспензионным методами, показало очевидные преимущества суспензионного метода получения ПАЦ. Образцы ПАЦ, выработанные суспензионным методом имеют более высокую степень замещения (0,95 – 0,96), вязкость и, что особенно важно, лучшие показатели фильтрации (водоотдачи) модельных буровых растворов.

В табл. 2 также приведены результаты испытания целлюлозы, полученной из отходов марли. Данная целлюлоза представляет собой хлопковую целлюлозу с высокой степенью чистоты (содержание альфа-целлюлозы 98 – 99 %), имеющая степень полимеризации 2300 – 2800. Интересно отметить, что на ее основе можно получать ПАЦ высокого качества, а оптимизация процесса производства ПАЦ с использованием этих отходов позволяет получать продукты на уровне лучших зарубежных аналогов.
Технические образцы ПАЦ, имеющие содержание основного вещества 55 – 58 %, промывали 75 %-ным этанолом, сушили и сравнивали их качество с импортными аналогами. Сопоставлены характеристики однократно промытых образцов ПАЦ в сравнении с зарубежными аналогами. Как видно из полученных результатов, образцы ПАЦ по основным показателям, такими как содержание основного вещества, степень полимеризации и вязкость 1 %-ных водных растворов, приближаются к импортным аналогам. Последующие промывки позволяют получать ПАЦ с показателями лучших мировых аналогов.
О характеристике распределения заместителей можно судить по кинетике образования гидрогелей КМЦ и ПАЦ. Нами установлено, что скорость и кинетика образования гидрогелей в значительной степени зависит от метода получения КМЦ и ПАЦ. Так, образцы, полученные суспензионным методом, образуют прочный гидрогель с ацетатом хрома (0,2 % в 2 %-ном растворе КМЦ) в течение суток, в то время как аналогичные образцы, полученные твердофазным методом, образуют слабый гель в течение 4 суток. Совершенно очевидно, что кинетика гелеобразования и прочность гелей свидетельствуют о разном распределении заместителей вдоль макромолекулы КМЦ.

Литература

1. Смирнов С.И., Кряжев В.Н., Карлович С.В., Крюков С.В. Эффективность реагентов ЗАО «Полицелл» КМЦ и ПАЦ
в буровых растворах различной степени минерализации // Бурение и нефть. 2019. № 3. С.18–22.
2. Смирнов С.И., Крюков С.В., Кряжев В.Н., Мячина Н.Е., Карлович С.В. Буровые реагенты ЗАО «Полицелл» для нефтегазового комплекса // Бурение и нефть. 2018. № 3. С. 38–42.

References

1. Smirnov S.I., Kryazhev V.N., Karlovich S.V., Kryukov S.V. Effektivnost' reagentov ZAO «Policell» KMTS i PATS v burovykh rastvorakh razlichnoy stepeni mineralizatsii [The effectiveness of the reagents of «Policell» CJSC CMC and PAC in drilling fluids of varying degrees of mineralization]. Bureniye i neft' [Drilling and oil], 2019, no. 3, pp.18–22. (In Russian).
2. Smirnov S.I., Kryukov S.V., Kryazhev V.N., Myachina N.Ye., Karlovich S.V. Burovyye reagenty ZAO «Policell» dlya neftegazovogo kompleksa [Drilling reagents from «Policell» CJSC for the oil and gas complex]. Bureniye i neft' [Drilling and oil], 2018, no. 3, pp. 38–42. (In Russian).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Фуразов М.Н.

    Фуразов М.Н.

    аспирант

    ВлГУ (Владимирский государственный университет) имени А.Г. и Н.Г. Столетовых

    Крюков С.В.

    Крюков С.В.

    к.х.н, генеральный директор

    ЗАО «Полицелл»

    Кряжев В.Н.

    Кряжев В.Н.

    к.х.н., завсектором ЦЗЛ

    ЗАО «Полицелл»

    Просмотров статьи: 1071

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru