Результаты исследования влияния различных НПАВ гидрофобизировать поверхность метала

The results of the study of the effect of various surfactants to hydrophobize the metal surface

Vitaly Antonov

Undergraduate Tyumen industrial University, Russia, Tyumen

Sergey Krivomazov

Undergraduate Tyumen industrial University, Russia, Tyumen

Gennady Kulyabin

doctor of technical Sciences, Professor Tyumen industrial University, Russia, Tyumen

Аннотация. Для профилактики сальникообразования при бурении в промывочную жидкость предлагается добавлять реагент, содержащий в своем составе молекулы ПАВ. Разработанный реагент должен эффективно гидрофобизировать твердую поверхность.

Abstract. For the prevention of oily formation during drilling, it is proposed to add a reagent containing surfactant molecules to the washing liquid. The developed reagent should effectively gidrofobizirovan hard surface.

Ключевые слова: ПАВ; реагенты; краевой угол; гидрофобизация; металл.

Keywords: surfactant; reagents; boundary angle; hydrophobization; metal.

В качестве объектов исследования, способных растворяться в неполярных жидкостях и приводящих к изменению характера смачиваемости гидрофильных поверхностей, смоченных водой, рас­сматривались реагенты [6, с. 152]:

· П-1329М и П-1333М – смесь имидазолинов и амидоаминов полученных в результате реакции между органической кислотой (как правило, жирной кислотой) и полиэтиленполиамином. Маслянистая жидкость темно-коричневого цвета;

· П-162-09 – продукт взаимодействия смеси имидазолинов и амидоаминов с гидроксидом аммония. В отличие от первых двух образцов является четвертичным аммониевым основанием (КПАВ). Полученный образец обладает сильной катионной поверхностной активностью и способностью к диспергированию в воде. Маслянистая жидкость темно-коричневого цвета с резким специфическим запахом;

· Алкамон ОС-2 (ГОСТ 10106-75) – катионактивный маслораст­воримый ПАВ, густая вязкая масса от желтого до желто-коричневого цвета, затвердевает при комнатной температуре;

· Этоксилаты натуральных высших жирных спиртов и диэтаноламид.

Первыми тестировались реагенты П-1329М, П-1333М и П-162-09, являющиеся антикоррозионными добавками и Алкамон ОС-2 – катион­активный антистатик и смягчитель [6, с. 152]. Влияние перечисленных реагентов на гидрофобизирующую способность оценивалось по изме­нению краевого угла избирательного смачивания погруженной в воду металлической поверхности. В опытах воспроизводится взаимодействие капель неполярной жидкости со смоченной металлической поверхностью при их всплытии в воде.

Краевой угол является мерой смачивания жидкостью поверхности твердого тела. Он определяется значением угла между поверхностью твердого тела и касательной к точке контакта с жидкостью и отсчиты­вается в сторону более полярной жидкой фазы.

Принцип измерения краевого угла избирательного смачивания основан на измерении значения угла между поверхностью твердого тела и касательной к точке контакта с жидкостью. При этом капля угле­водородной жидкости контактирует (всплывает вверх) с поверхностью метала, погруженной под уровень воды или водного раствора ПАВ. Каплю фотографируют с большим увеличением, а угол смачивания определяется методом непосредственного измерения по форме капли, находящейся на пластике.

Методика измерения [3, с. 688]:. Стальную пластину отшлифо­вываем наждачной бумагой до зеркального блеска. Промываем водой, протираем фильтрованной бумагой до полного удаления следов шли­фовки и погружаем в ацетон на 15 минут. Через это время с помощью пинцета достаем из ацетона пластинку и устанавливаем на подставки по уровню отшлифованной стороной вверх. С помощью микропипетки с прямым наконечником на поверхность пластины наносим 5-6 капель дистиллированной воды. Полученные капли фотографируем, изобра­жение переносим на компьютер, и измеряем углы смачивания каждой капли. Сразу после фотографирования пластину насухо протираем фильт­рованной бумагой. Находим значение среднего арифметического угла. Угол смачивания стальной пластины дистиллированной водой на воздухе должен составлять 55-67^о. Если значение среднего арифметического угла данной пластины попадает в этот промежуток, пластина пригодна для дальнейших измерений.

В чашку Петри выливаем дистиллированную воду или водный раствор ПАВ. Пластину устанавливаем на подставке так, чтобы отшли­фованная сторона была погружена в воду. Микропипеткой с изогнутым наконечником на нижнюю сторону пластины наносим пять‑шесть капель исследуемого углеводорода или раствора нефтерастворимого ПАВ. Капли фотографируем. При необходимости прослеживаем изменение угла смачивания во времени. Фотографии переносим в компьютер, и измеряем углы смачивания в сторону полярной жидкости (воды).

Опыт повторяем на трёх - четырёх пластинках. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 5°. Рассчитываем среднее арифметическое для углов, попавших в установленный диапазон.

За результат принимаем среднее арифметическое минимум 15 параллельных определений. Конечный результат округляем до 1°. Суммарная погрешность определения не превышает 5°.

Это значение является краевым углом избирательного смачивания поверхности металла углеводородом (композицией УВ и ПАВ) из воды или водного раствора [1, с. 112].

Опыт повторяем для различных концентраций водо- или нефтераст­воримого ПАВ и строим график - изотерма смачивания.

Из результатов измерений краевого угла избирательного смачи­вания видно, что самым сильным маслорастворимым гидрофобизатором является КПАВ Алкамон ОС-2 и П-162-09 [2, с. 424].

Рисунок 1. Влияние концентрации различных реагентов в неполярной жидкости на изменение краевого угла избирательного смачивания металлической поверхности

Влияние НПАВ на гидрофобизирующую способность также оценивалась по изменению краевого угла избирательного смачивания.

Результаты приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Влияние концентрации НПАВ в водной среде на изменение краевого угла избирательного смачивания металлической поверхности

При попадании тестируемых НПАВ из их смеси с неполярной жидкостью водный раствор, они почти полностью переходит в полярную среду, за исключением тех молекул, которая распределяется на границе раздела фаз, что подтверждается измерением поверхностного натяжения водных растворов ПАВ после расслоения эмульсии. Таким образом, рассматриваемые концентрации могут присутствовать в водной среде бурового раствора, попадая в него с реагентом. По результатам экспери­мента, способности гидрофобизирующих поверхность металла из водных растворов обладает диэтаноламид, Синтанол АЛМ-2 и Синтанол АЛМ-7.

Следовательно, диэтаноламид и Синтанол АЛМ-2 Концепциях (водной фазе) меньше 0,05% предпочтительный, поскольку приводит к дополнительному распределению не полярной жидкости на заряженных поверхностях металла.