I réimsí cosúil le druileáil ola, leigheas, agus ceimiceáin laethúla, tá ról ríthábhachtach ag cineál speisialta ábhair ar a dtugtar "-copolymers amphiphilic intuaslagtha in uisce". Samhlaigh substaint atá in ann meascadh go mín le huisce agus le hola, leachtanna a thiús gan clumpáil, agus fiú fanacht cobhsaí i ndálaí crua-is é seo go díreach a dhéanann na comhpholaiméirí seo. Tá príomh-chomhábhar ag croílár na n-ábhar úsáideach sin a dhéanamh: N-vinile pyrrolidone (NVP). Úsáidtear a polaiméir íon, pirrolidone polaivinile (PVP), go forleathan cheana féin toisc go bhfuil sé sábháilte (neamh{6}}tocsaineach don chorp daonna), go dtuaslagann sé go héasca in uisce, agus go bhfuil cobhsaíocht mhaith aige. D'fhéadfá é a fháil i bindealáin leighis (chun créachta a choinneáil tais), tiúsóirí cosmaideacha (chun uigeacht mhín a thabhairt do lóiseanna), nó fiú breiseáin bia (chun comhábhair a choinneáil measctha). Ach seo an ghabháil: tá NVP féin daor go leor. Mura n-úsáidimid ach Cleachtóir Tréidliachta Príobháideach amháin, tá an costas ró-ard d'fheidhmchláir mhórscála amhail réimsí ola. Sin an fáth a bhfuil eolaithe ag iarraidh NVP a mheascadh le comhábhair eile atá níos saoire agus níos feidhmiúla-ag cruthú "copolymers" a choinníonn buntáistí Cleachtadh Tréidliachta Príobháideach agus ag an am céanna airíonna nua a chur leis agus costais a ghearradh.
1. Réamhrá: An Fáth a ndéanaimid Staidéar ar N-Copolymers Vinyl Pyrrolidone
Chun a thuiscint cén fáth a bhfuil tábhacht leis na comhpholaiméirí seo, déanaimis briseadh síos ar a bpríomhthréith: a bheith "amphiphilic." Tá dhá chuid ag gach móilín-ceann a bhfuil grá aige d’uisce (ar a dtugtar “hidrophilic,” cosúil leis an siúcra i do chaife) agus ceann a bhfuil fuath aige ar uisce (ar a dtugtar “hidreafóbach,” cosúil le hola). Ligeann an dé-nádúr seo dóibh dhá rud ríthábhachtach a dhéanamh: ar dtús, íslíonn siad teannas dromchla an uisce, rud a chabhraíonn le meascán ola agus uisce (úsáideach le haghaidh táirgí glantacháin nó aisghabháil ola); ar an dara dul síos, is féidir leo leachtanna a thiús trí nascadh le chéile chun "líonra" a fhoirmiú in uisce (foirfe chun seampú a choinneáil tiubh nó sreabháin oilfield ó bheith ró-tanaí).
Is comhábhar réalta é NVP chun na copolymers seo a dhéanamh toisc go seiceann sé na boscaí go léir: tá sé sábháilte (bith-chomhoiriúnach, mar sin ní dhéanfaidh sé dochar don chraiceann nó don chomhshaol), éasca le meascadh le ceimiceáin eile (tá "banna dúbailte" imoibríoch aige a nascann go maith le monaiméirí eile), agus cuidíonn a chuid hidrofilic an copolymer a dhíscaoileadh in uisce. Ach tá locht mór ar pholaiméirí íona atá bunaithe ar NVP-ní féidir leo na coinníollacha crua a láimhseáil in úsáid dhomhanda dáiríre. Mar shampla, i toibreacha ola, is féidir leis an teocht 65 céim nó níos airde a bhaint amach, agus tá an t-uisce lán le salann (cosúil le NaCl, CaCl₂). Éiríonn PVP Pure tanaí agus briseann sé síos go tapa anseo, rud a chiallaíonn nach féidir leis cabhrú le ola a bhrú amach as an tobar go héifeachtach.
Leagamar sprioc shoiléir amach: trí chomhpholaiméir nua bunaithe ar NVP a dhearadh agus a mhonarú, a bpríomh-airíonna a thástáil (amhail a gcumas teannas dromchla a laghdú, teas a láimhseáil agus tuaslagtha in uisce), agus seiceáil an n-oibríonn siad go maith le ceimiceán coitianta oilfield ar a dtugtar AP-P4 (gníomhaire díláithrithe ola a chailleann a chumas ramhraithe sa teas agus sa salann de ghnáth).
2. P(NVP/DMFA) a Dhéanamh agus a Thástáil
Tugtar P(NVP/DMFA) ar an gcéad copolymer a chruthaigh muid. Chun é a dhéanamh, péireáil siad NVP le ceimiceán eile ar a dtugtar dodecafluoroheptyl methacrylate (DMFA)-rogha cliste toisc go bhfuil adaimh fluairín san DMFA. Tá clú ar fhluairín as a chobhsaíocht in ábhair: tá sé frithsheasmhach in aghaidh teasa, uisce agus creimeadh.
Tá an próiseas ullmhúcháin simplí agus beacht. Meascann muid NVP agus DMFA ar dtús i gcóimheasa éagsúla (ó 99.7:0.3 go 98.5:1.5) i dtolúéin, tuaslagóir a úsáidtear go coitianta chun ceimiceáin a thuaslagadh. Nuair a bheidh an meascán críochnaithe, cuirimid méid beag AIBN (azobisisobutyronitrile), ceimiceán a "thosaíonn" an t-imoibriú trí dhianscaoileadh isteach i bhfréamhacha saor in aisce. Déanaimid an meascán a théamh go 80 céim agus ligimid dó imoibriú ar feadh 6 uair an chloig. Tar éis an t-imoibriú a bheith críochnaithe, déantar an meascán a dhoirteadh isteach in éitear dieitile, tuaslagóir eile, chun an copolymer a deascadh mar phúdar bán. Ar deireadh, déantar an púdar a scagadh agus a thriomú faoi fholús chun P(NVP/DMFA) a tháirgeadh.
Léirigh na tástálacha go raibh an copolymer seo go hiontach:
- Gníomhaíocht dromchla: Nuair a mheasc sé le huisce ag tiúchan 10g/L, laghdaigh sé teannas dromchla an uisce ó 72 mN/m (uisce íon) go 34 mN/m-titim ollmhór, rud a chiallaíonn go bhfuil sé iontach ag cuidiú le meascán ola agus uisce.
- Éifeacht teochta agus salainn: Mar gheall ar theocht níos teo (ó 25 céim go 45 céim ) oibrigh sé níos fearr fós - lagaigh teas níos airde an nasc idir páirteanna hidreafhile an chopolymer agus uisce, agus mar sin d'fhéadfadh na codanna hidreafóbach níos mó a ghrúpáil le chéile, ag laghdú an teannas dromchla a thuilleadh. Trí salann a chur leis (cosúil le NaCl) bhí éifeacht "cruth U{-}: chuir beagán salainn (níos lú ná 0.01 mol/L) an teannas dromchla suas beagán (toisc go ndearna an salann an t-uisce níos polacha, agus mar sin scaipeadh na codanna hidreafóbach), ach chuir níos mó salainn (os cionn 0.01 mol/L) síos arís) (bhí an salann ag brú na codanna hidreafóbach le chéile).
- Iompar comhiomlánaithe: Nuair a bhí an comhpholaiméir caol (níos lú ná 0.1g/L), fillte a móilíní isteach orthu féin (ar a dtugtar "comhcheangal ionmhóilíneach")-smaoineamh ar liathróid teaghrán ag teannadh suas. Nuair a bhí sé níos comhchruinnithe (os cionn 0.1g/L), nascann na móilíní le chéile (ar a dtugtar "comhcheangal idirmhóilíneach")-cosúil le go leor liathróid téad a nascann chun líontán mór a dhéanamh. Is é an líontán seo a dhéanann leachtanna tiubh.
- Friotaíocht teasa: Ag baint úsáide as meaisín ar a dtugtar teirmeagmhéadar (TGA), fuair siad nach raibh ach an copolymer meáchan caillte (briseadh síos) os cionn 300 céim . Roimhe sin, ní raibh aon meáchain caillteanas ach uisce nó neamhíonachtaí beaga. Agus de réir mar a chuir siad níos mó DMFA leis, mhéadaigh an teocht miondealaithe-cruthúnas go ndéanann fluairín níos mó teasa-cobhsaí.
- Úsáid oilfield: Nuair a mheasctar é le AP{0}}P4 (gníomhaire díláithrithe coitianta-ola a thinneann amach le teas), rinne cur 75mg/L de P(NVP/DMFA) difríocht mhór. Ag 45 céim , tar éis 400 uair an chloig aosaithe, d'fhan slaodacht (tiús) an mheascáin os cionn 300 mPa·s-i bhfad níos airde ná AP íon-P4, a thit go 150 mPa·s. Ciallaíonn sé seo go bhféadfadh sé cabhrú le sreabháin oilfield a choinneáil tiubh, ag brú níos mó ola amach as toibreacha.
3. P(NVP/MA) a Dhéanamh agus a Thástáil
Is é an dara comhpholaiméir ná P(NVP/MA), agus is é intuaslagthacht a shárchumhacht. Phéireáil an fhoireann NVP le ainhidríd mhailéach (MA)-saor, éasca- chun-ceimiceán a aimsiú atá iontach ag rud amháin: ag déanamh comhpholaiméirí a thuaslagadh in uisce go tapa. Ní féidir le MA féin polaiméir a chruthú leis féin, ach nascann sé go foirfe le banna dúbailte NVP.
Bhí an tsintéis cosúil leis an gcéad copolymer: mheasc siad NVP agus MA i gcóimheasa ó 75:25 go 25:75 i tolúéin, chuir AIBN leis, téite go 80 céim ar feadh 6 uair an chloig, agus deascadh sé le déchlóraimeatán chun soladach buí éadrom a fháil. An chuid is fearr? Tuaslagtar an solad seo in uisce ar an toirt-gan chorraíl ar feadh uaireanta, rud is buntáiste mór d'úsáid an domhain.
Léirigh na tástálacha a láidreachtaí (agus roinnt laigí):
- Gníomhaíocht dromchla: Ní raibh sé chomh maith maidir le teannas dromchla a ísliú agus a bhí P(NVP/DMFA)-ag 10g/L, níor thit sé ach go 45 mN/m. Ach tá sé sin níos fearr fós ná go leor tiúsóirí coitianta.
- Comhiomlánú agus cobhsaíocht: Cosúil leis an gcéad chomhpholaiméir, bhí tiúchan criticiúil de 0.1g/L aige (faoi bhun sin, fillte; os a chionn sin, nasctha le líontán). Láimhseáil sé freisin teas go maith , ach bhris sé síos i dhá chéim : an chéad , bhris na bannaí aimíd i NVP ag 200-300 céim , ansin bhris an slabhra is mó ag 300-400 céim . Nuair a chuirtear níos mó MA leis rinne an chéad teocht miondealú níos airde, atá go maith le haghaidh cobhsaíochta.
- Úsáid oilfield: Nuair a mheasctar é le AP-P4, bhí sé ag taitneamh i ndálaí te. Ag 65 céim (teocht choiteann tobair ola), nuair a cuireadh díreach 25mg/L de P(NVP/MA) choinnigh an meascán cobhsaí-tar éis 800 uair an chloig, bhí an slaodacht fós os cionn 220 mPa·s, agus thit AP íon-P4 go 80 mPa·s. Chruthaigh grúpaí polacha MA “naisc hidrigine” le AP-P4, ag coinneáil na móilíní le chéile agus á stopadh ó bhriseadh síos sa teas.
4. HDA-P(NVP/MA) a Dhéanamh agus a Thástáil
Is leagan uasghrádaithe den dara comhpholaiméir é an tríú comhpholaiméir, HDA{0}}P(NVP/MA). Thug an fhoireann taighde faoi deara go raibh droch-airíonna comhthiomsaitheacha hidreafóbacha ag P(NVP/MA)-nach raibh a ghluaiseacht hidreafóbach sách láidir. Mar sin, d'athraigh siad é le heicseadicilamine (HDA), comhdhúil slabhra fada ina bhfuil 16 adamh carbóin. Tá hidreafóbacht eisceachtúil ag an slabhra fada seo, rud a ligeann don chomhpholaiméir teacht le chéile níos fearr agus teannas dromchla a laghdú.
Tá an próiseas modhnuithe simplí: déantar an púdar P(NVP/MA) a fhaightear sa dara céim a thuaslagadh in aicéatón, agus cuirtear HDA leis ina dhiaidh sin. Tá grúpaí ainhidríde i MA, a imoibríonn go héasca leis na grúpaí aimín HDA (cosúil le dhá phíosa puzal a fheileann dá chéile). Ceadaítear don imoibriú dul ar aghaidh ag teocht an tseomra ar feadh ceithre huaire an chloig, agus ina dhiaidh sin cuirfear méid beag de hiodrocsaíd sóidiam leis chun an tuaslagán a neodrú. Déanann an comhpholaiméir modhnaithe deascán chun púdar bán-HDA-P(NVP/MA) a fhoirmiú.
Chruthaigh na tástálacha gur oibrigh an t-uasghrádú:
- Gníomhaíocht dromchla: Laghdaigh sé teannas dromchla an uisce go 38 mPa·s ag 10g/L-níos fearr ná an P(NVP/MA) neamhathraithe (45 mPa·s). Agus murab ionann agus an chéad dá chomhpholaiméir, níor tháinig laghdú ar theannas dromchla ach an salann a chur leis (gan cruth U--d'éirigh leis na slabhraí fada HDA a ghrúpáil le chéile níos mó de réir mar a rinne salann uisce níos polaí.
- Friotaíocht teasa: Ba é an -stábla is teasa de na trí cinn. Léirigh tástálacha TGA gur bhris sé síos in dhá chéim: ar dtús, bhris na slabhraí HDA ag 200{{}}300 céim, ansin bhris an príomhshlabhra ag 300-450 céim . Bhí an teocht miondealú slabhra príomhúil 380 céim -30 céim níos airde ná P(NVP/MA) - a bhuíochas sin do slabhraí fada HDA ag gníomhú mar "sciath" don slabhra príomh.
- Úsáid oilfield: Ba é an -chostas is éifeachtaí. Nuair a cuireadh díreach 25mg/L de HDA-P(NVP/MA) le AP-Rinne P4 slaodacht an mheascáin sroichte 400 mPa·s tar éis 400 uair ag 45 céim . Chruthaigh na slabhraí HDA agus páirteanna hidreafóbach AP-P4 “comhcheangail sineirgisteacha”-nasc siad le chéile go docht, rud a chuir an meascán níos tiubha. Chuaigh beagán i bhfad, rud a shábhálfadh airgead do pháirceanna ola.
5. Cad a Fuaireamar agus Cad atá Ar Aghaidh
Tar éis na trí chomhpholaiméir a dhéanamh agus a thástáil, tháinig an fhoireann ar chonclúidí soiléire:
- Tá a superpower ag gach copolymer: Is fearr P(NVP/DMFA) chun teannas dromchla a ísliú agus teas a láimhseáil; Tuaslagann P(NVP/MA) láithreach agus oibríonn sé i toibreacha te; Tá HDA-P(NVP/MA) saor (oibreoidh sé i méideanna beaga) agus tá sár-teas-cobhsaí.
- Na rialacha tábhachtacha maidir le comhiomlánú: Bhí "tiúchan criticiúil" de ~0.1g/L- thíos sin, móilíní fillte; thar sin, nascann siad isteach i líontán. Bhrúigh teochtaí níos teo agus níos mó salainn iad chun nascadh le chéile, agus is é sin go díreach atá ag teastáil chun sreabhán olapháirc a ramhrú.
- Luach oilfield: Nuair a mheasctar é le AP-P4, shocraigh gach comhpholaiméir AP-laige P4 (ag cailleadh slaodacht teasa/salann). Ciallaíonn sé seo go bhféadfaí iad a úsáid mar bhreiseáin chun aisghabháil ola a dhéanamh níos éifeachtaí.
Tá súil againn dhá bhealach a fhiosrú: na comhpholaiméirí seo a thástáil sa leigheas-an bhféadfaí iad a úsáid mar iompróirí drugaí (chun drugaí a scaoileadh go mall sa chorp) nó mar bhratuithe bith-chomhoiriúnacha (le haghaidh feistí leighis)? Nó d’fhéadfaimis an próiseas sintéise a bharrfheabhsú chun costas na gcomhpholaiméirí a laghdú-faoi láthair, tá roinnt comhábhair, cosúil le DMFA, fós costasach, mar sin d’fhéadfadh teacht ar roghanna níos saoire cabhrú le monarchana iad a tháirgeadh ar scála mór.
Agus tuilleadh taighde á dhéanamh, d'fhéadfadh na comhpholaiméirí N{-vinile pirrolidone seo a bheith ina stáplaí i réimsí ola, ospidéil, agus fiú inár saol laethúil-táirgí a dhéanamh níos sábháilte, níos éifeachtaí agus níos inacmhainne.