Состав древесины

Целлюлоза (клетчатка) - наиболее распространённый в природе полисахарид, главная составная часть растений.

Почти чистой (> 90%) целлюлозой является хлопковое волокно (вата).

Химическая формула целлюлозы [C₆H₇O₂(ОН)₃]х, где х - степень полимеризации, х = 600¸ 6000. Её структурная формула:

Средний молекулярный вес 100000¸ 1000000.

Длина волокон достьигает до 4-5 мкм, плотность 1, 52-1, 54 г/см³.

Получают целлюлозу путём растворения древесины и выделения из неё нецеллюлозных компонентов (лигнина) при сульфидной или сульфатной варке.

Целлюлоза в воде не растворяеся вследствие достаточно сильного межмолекулярного взаимодействия макромолекул, которое осуществляется многочисленными водородными связями. Для ее растворения часть гидроксильных групп нейтрализуют метильными группами -ОСН2. Так получают полимер – модифицированную метилцеллюлозу ММЦ. Для повышения активности (гидрофильности) к полимеру прививают гидрофильные группы СОО а, обладающие способностью более активно взаимодействовать с молекулами воды. Таким образом получают весьма активный природный полимер карбоксилметилцеллюлозу – КМЦ.

Количество привитых функциональных групп (степень замещения- С3) в применяемых в буровой практике КМЦ составляет обычно 80-85% от числа гидроксильных групп.

Метилцеллюлоза [C₆H₇O₂(OH)_3-x(OCH₂)_x]_n имеет молекулярную массу 13-140 тыс., плотность 1, 3 г/см³, растворяется в воде и органических растворителях. В горячей воде (свыше 50°С) выпадает в виде геля. Число привитых метаксильных гидрофобных групп составляет 26-33%.

Растворы метилцеллюлозы менее гидрофильны, чем КМЦ, но более устойчивы к агрессивным солям хлористого кальция и магния (до 10-15%).

Синтетическиеструктурообразователи.

Существует большое количество синтетических полимеров. Наиболее активны (гидрофильны) производные полиакриловой кислоты (полиакрилаты).

Полиакриловая кислота [—СH₂—СH(СOOH)¾ ]_n (n= 1000-6000) хорошо растворяется в воде и разбавленных растворах щелочей. Получают полимеризацией акриловой кислоты в воде или органических растворителях при концентрации мономера не более 25%, Применяют как эмульгатор при полимеризации стирола.

Полиакрилонитрил [—СH₂—CH(CN)¾ ]_n (n=300-1000) в воде слабо растворяется, в растворах щелочей деструктируется.

Для приготовления промывочных жидкостей используют обычно хорошо -растворимый в воде гидролизованный полиакрилонитрил (гипан) и реагент К-4, представляющие собой сополимеры акрилата натрия, акриламида, акрилонитрила и получаемые омылением полиакрилонитрила щёлочью

¾ CH₂ ¾ СH(COONa) ¾ СH₂ ¾ СH(CONH₂) ¾ СH₂¾ СH(CN)¾

Полиакриламид (ПАА) [—CH₂¾ CH(CONH₂) ¾ СH₂ ¾ СH(CONH₂)]n с молекулярной массой от 3·10⁴ до 6·10⁶ растворяется в воде при температуре 40-50°С в течение 48ч. Применяют для регулирования структурно реологических свойств и понижения водоотдачи промывочных жидкостей.

Более активeн гидролизованный полиакриламид (ГПАА), в котором в результате гидролиза происходит замена менее гидрофильной функциональной группы CONH₂ на более гидрофильную группу СОО^-.

В результате гидролиза и добавок полярных электролитов получают агент PC-1, путём обработки ПАА щёлочью и триполифосфатом - РС-2, путём обработки ПАА щёлочью и кальцинированной содой - РС-4.

Из сополимеров полиакрилатов в буровой практике находят применение метас, сополимеры M-14 и Лакрис-20.

Гидролиз функциональных групп полимеров сложных эфиров – это обратная реакции этерификации органических кислот спиртами (подобной реакции нейтрализации кислот щелочами).

При гидролизе азотсодержащих функиональных групп наблюдаются обратные процессы:

- COONH₄ + H₂O → COOH + NH₄OH

- COONH₂ + H₂O → COOH + NH₄OH

- CN +3H₂O → COOH + NH₄OH

В щелочной среде карбоксильная группа переходит в более активную группу:

- COONH₄ + OH^- → COO^- + H₂O

А гидроксид аммония разлагается на аммиак и воду

NH₄OH → NH₃ ↑ + H₂O

В результате гидролиза полиакриламида получают высокоактивный полимер ГПАА, а в результате гидролиза полиакрилнитрила-гипан.