ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ  ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ВОДОНАБУХАЮЩИХ РЕЗИН  НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА И  НАТРИЙКАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ: USTCKL

Хак Нгок   Хо; Алевтина Петровна   Рахматуллина; Куанг Зиен  Ле; Вьет Хынг   Данг

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2023.02.027

Авторы

Хак Нгок Хо Казанский национальный исследовательский технологический университет
Алевтина Петровна Рахматуллина Казанский национальный исследовательский технологический университет
Куанг Зиен Ле Hanoi University of Science and Technology
Вьет Хынг Данг Hanoi University of Science and Technology

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.02.027

Ключевые слова:

Водонабухающие резины, суперабсорбирующий полимер, пакер, натуральный каучук, натрий-карбоксиметилцеллюлоза, наноцеллюлоза, физико-механические свойства, степень набухания.

Аннотация

Водонабухающие резины (ВНР) представляют собой новый вид эластомерных функциональных материалов. Они обладают свойствами обычных эластомеров, а также способны набухать при контакте с жидкостями. Разработаны ВНР на основе смесей натурального каучука (НК) и суперабсорбционного полимера - натрий-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), полученных методом жидкофазного совмещения их водных суспензий. Проведены исследования по модификации ВНР на основе НК/Na-КМЦ наноцеллюлозой (НЦ) для улучшения физико-механических свойств до и после набухания резин в различных жидких средах. Соотношение полимеров в их смесях варьировалось. На их основе приготовлены композиции в смесителе Brabender «Plasti-Corder Lab-Station». Вулканизацию проводили в гидравлическом прессе в течение 12 мин. при температуре 145 °С под давлением 10 МПа. Исследовано набухание вулканизатов в дистиллированной воде, пластовой воде, нефти («Нурлатнефть»). Физико-механические показатели резин определены на разрывной машине (INSTRON 5582 – 100kN). Морфология резин исследована методом растровой микроскопии на приборе (JEOL-JSM-6510). Установлено увеличение степени набухания ВНР в жидких средах и снижение их физико-механических свойств при повышении содержания Na-КМЦ. Набухаемость ВНР зависит от среды и располагается в ряд: дистиллированная вода > пластовая вода > нефть. Максимальное набухание в дистиллированной воде (805 % мас.) имеют ВНР на основе смеси 50 НК/48,5 Na-КМЦ/1,5 НЦ (% мас.). ВНР, модифицированные наноцеллюлозой (2,0 % мас.), имеют лучшие физико-механические свойства до и после набухания: условная прочность при растяжении равна 7,8 МПа (до набухания) и 3,6 МПа (после набухания) по сравнению с немодифицированным ВНР: 6,0 МПа – до набухания и 2,8 МПа – после набухания. Увеличение содержания наноцеллюлозы в вулканизатах приводит к росту их твердости по Шору А.

Библиографические ссылки

Новаков, И.А., Лопатина, С.С., Савченко, Я.Ю. Состояние и тенденции развития производства и применения водо- и нефтенабухающих эластомеров для пакерного оборудования // Каучук и резина.– 2019. – Т. 78. – № 4. – С. 228–238.

Прохорова, С.Н. Исследование процессов водонабухания пакерных резин // Каучук и резина.– 2018. – Т. 77. – № 1. – С. 30–33.

Water-swellable elastomers: synthesis, properties and application / M.P. Lorenzo [и др.] // Reviews in Chemical Engineering. – 2017. – Vol. 35. – № 1. – P. 1–28. DOI:10.1515/revce-2017-0052.

Исаев, А.А., Малыхин, В.И., Шарифуллин, А.А. Разобщение пластов и изоляция межпластовых перетоков при помощи водонабухающих пакеров // Булатовские чтения.– 2018. – № 4. – С. 127–132.

Dehbari, N., Tang, Y. Water swellable rubber composites: an update review from preparation to properties // Journal of Applied Polymer Science. – 2015. – Vol. 132. – № 46. – P. 42786–42791. https://doi.org/10.1002/app.42786.

Хо, Х.Н., Рахматуллина, А. П., Ле, К.З. Влияние температуры кислотного гидролиза на морфологию наноцеллюлозы из бамбука // XII Всероссийская научная конференция «Химия и технология растительных веществ» (с международным участием). Киров: ИБФРМ РАН, 2022. – С. 228.

Sayyad, Z.Q., Tasneem, P., Maaz, A. Performance evaluation of water-swelling and oil swelling elastomers // Journal of Elastomers and Plastics. – 2015. – Vol. 48. – № 6. – P. 535–546. DOI:10.1177/0095244315611169.

Использование порошковой целлюлозы из соломы овса в составе ограниченно набухающих резин для уплотнительных элементов / Е.Н. Черезова [и др.] // Каучук и резина. – 2020. – Т. 79. – № 2. – С. 72–77.

Ахмедзянова, Д.М. Разработка водо- и нефтенабухающих термопластичных вулканизатов с регулируемым временем набухания: дис. ... канд. тех. наук. Казань, 2018. 109 с.

Morphology, tensile strength and oil resistance of gum rubber sheets prepared from lignin modified natural rubber / M. Asrul [и др.] // MATEC Web of Conferences. – 2014. – Vol. 13. – № 1. – P. 4001–4007. DOI: 10.1051/matecconf/20141304001.

Лопатина, С.С. Разработка и исследование свойств водонефтенабухающих эластомеров для заколонных пакеров: дис. ... канд. тех. наук. Волгоград , 2021. 131 с.

Моисеева, В.В. Термоэластопласты : учебник / под ред. В.В. Моисеева. Москва : КолосС, 1979. 440 с.

Моррисон, С. Химическая физика поверхности твердого тела: учебник / под ред. С. Моррисон. Москва: КолосС, 1980. 488 с.

Гуль, В.Е., Кулезнев, В.Н. Структура и механические свойства полимеров: учебник / под ред. В.Е. Гуль. Москва: КолосС, 1994. 367 с.

Reinforcement of natural rubber latex using lignocellulosic nanofibers isolated from spinifex grass / A. Hosseinmardi [и др.] // The Royal Society of Chemistry. – 2017. – Vol. 27. – № 3. – P. 1–19. DOI: 10.1039/C7NR02632C.

Jailudin, N.A.H., Amin, K.N.M. The Effect of Curing Temperature on Cellulose Nanocrystal Reinforced Natural Rubber Latex // Journal of chemical engineering and industrial biotechnology. – 2020. – Vol. 06. – № 1. – P. 20–25. DOI: https://doi.org/10.15282/jceib.v6i1.4875.