วิธีการหาค่าความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์

เพื่อวัดความแข็งแกร่งของเซลลูโลสอีเทอร์เจลบทความแนะนำว่าแม้ว่าเซลลูโลสอีเธอร์เจลและสารควบคุมโปรไฟล์คล้ายเยลลี่จะมีกลไกการเกิดเจลที่แตกต่างกัน แต่ก็สามารถใช้ลักษณะที่คล้ายคลึงกันได้นั่นคือไม่สามารถไหลหลังจากการเจลในสถานะกึ่งของแข็งซึ่งเป็นวิธีการสังเกตที่ใช้กันทั่วไป วิธีการหมุนและวิธีการทะลุผ่านสุญญากาศเพื่อประเมินความแข็งแรงของเยลลี่ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินความแข็งแรงของเจลเซลลูโลสอีเทอร์ และเพิ่มวิธีการทะลุผ่านแรงดันบวกแบบใหม่ การประยุกต์ใช้วิธีการทั้งสี่นี้ในการวัดความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลได้รับการวิเคราะห์โดยการทดลอง ผลการวิจัยพบว่าวิธีการสังเกตสามารถประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์ได้ในเชิงคุณภาพเท่านั้น วิธีการหมุนไม่เหมาะสำหรับการประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์ วิธีสุญญากาศสามารถประเมินได้เฉพาะความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความแรงต่ำกว่า 0.1 MPa และ แรงดันบวกที่เพิ่มใหม่ วิธีนี้สามารถประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลในเชิงปริมาณ

คำสำคัญ: เยลลี่; เซลลูโลสอีเทอร์เจล ความแข็งแกร่ง; วิธี

0.คำนำ

สารควบคุมโปรไฟล์ที่ใช้โพลีเมอร์เยลลี่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการอุดน้ำในบ่อน้ำมันและการควบคุมโปรไฟล์ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบการเสียบและควบคุมเจลเซลลูโลสอีเทอร์ที่ไวต่ออุณหภูมิและพลิกกลับด้านความร้อนได้ค่อยๆ กลายเป็นจุดสำคัญในการวิจัยสำหรับการเสียบน้ำและการควบคุมโปรไฟล์ในแหล่งกักเก็บน้ำมันหนัก - ความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งสำหรับการเสียบปลั๊ก แต่ไม่มีมาตรฐานที่เหมือนกันสำหรับวิธีทดสอบความแข็งแรง วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการประเมินความแข็งแรงของเจล เช่น วิธีการสังเกต ซึ่งเป็นวิธีการทดสอบความแข็งแรงของเจลโดยตรงและประหยัด ให้ใช้ตารางรหัสความแข็งแรงของเจลเพื่อตัดสินระดับความแข็งแรงของเจลที่จะวัด วิธีการหมุน – เครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปคือ เครื่องวัดความหนืดของ Brookfield และ rheometer อุณหภูมิของตัวอย่างทดสอบความหนืดของ Brookfield จะถูกจำกัดไว้ที่ 90°ซี; วิธีการสุญญากาศที่ก้าวหน้า – เมื่อใช้อากาศเพื่อทะลุเจล การอ่านค่าสูงสุดของเกจวัดความดันจะแสดงถึงความแข็งแกร่งของเจล กลไกการเกิดเจลของเยลลี่คือการเติมสารเชื่อมโยงข้ามลงในสารละลายโพลีเมอร์ สารเชื่อมโยงข้ามและโซ่โพลีเมอร์เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายเชิงพื้นที่ และเฟสของเหลวถูกห่อหุ้มไว้ เพื่อให้ทั้งระบบสูญเสียความลื่นไหล จากนั้นจึงเปลี่ยนรูปเป็นเยลลี่ กระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้และ คือการเปลี่ยนแปลงทางเคมี กลไกเจลของเซลลูโลสอีเทอร์คือที่อุณหภูมิต่ำ โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์จะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลน้ำขนาดเล็กผ่านพันธะไฮโดรเจนเพื่อสร้างสารละลายที่เป็นน้ำ เมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น พันธะไฮโดรเจนจะถูกทำลาย และโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์ สถานะที่โมเลกุลมารวมตัวกันผ่านอันตรกิริยาของกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจนเกิดเป็นเจลคือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ แม้ว่ากลไกการเกิดเจลของทั้งสองจะแตกต่างกัน แต่ลักษณะที่ปรากฏก็มีสถานะคล้ายกัน กล่าวคือ สถานะกึ่งของแข็งที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้นั้นเกิดขึ้นในพื้นที่สามมิติ วิธีการประเมินความแข็งแรงของเยลลี่เหมาะสำหรับการประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลหรือไม่นั้นจำเป็นต้องมีการสำรวจและการตรวจสอบเชิงทดลอง ในบทความนี้ มีการใช้วิธีการดั้งเดิมสามวิธีในการประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล ได้แก่ วิธีการสังเกต วิธีการหมุน และวิธีการสุญญากาศทะลุผ่าน และวิธีการสร้างวิธีการทะลุผ่านด้วยแรงดันบวกบนพื้นฐานนี้

1. ส่วนทดลอง

1.1 อุปกรณ์และเครื่องมือทดลองหลัก

อ่างน้ำอุณหภูมิคงที่แบบไฟฟ้า, DZKW-S-6, Beijing Yongguangming Medical Instrument Co., Ltd.; รีโอมิเตอร์อุณหภูมิสูงและความดันสูง, MARS-III, บริษัท HAAKE ของเยอรมนี; ปั๊มสุญญากาศอเนกประสงค์หมุนเวียนน้ำ SHB-III, Gongyi Red Instrument Equipment Co., Ltd.; เซ็นเซอร์, DP1701-EL1D1G, Baoji Best Control Technology Co., Ltd.; ระบบการรับแรงดัน, มณฑลซานตง Zhongshi Dashiyi Technology Co., Ltd.; หลอดวัดสี, 100 มล., Tianjin Tianke Glass Instrument Manufacturing Co., Ltd.; ขวดแก้วทนอุณหภูมิสูง 120 มล. Schott Glass Works ประเทศเยอรมนี ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง Tianjin Gaocuang Baolan Gas Co., Ltd.

1.2 ตัวอย่างการทดลองและการเตรียม

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์, 60RT400, Taian Ruitai Cellulose Co., Ltd.; ละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ 2g, 3g และ 4g ในน้ำร้อน 50 มล. ที่ 80℃คนให้เข้ากันแล้วเติม 25℃ของน้ำเย็น 50 มล. ตัวอย่างถูกละลายจนหมดจนกลายเป็นสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้น 0.02 กรัม/มิลลิลิตร 0.03 กรัม/มิลลิลิตร และ 0.04 กรัม/มิลลิลิตร ตามลำดับ

1.3 วิธีทดสอบความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล

(1) ทดสอบโดยวิธีสังเกต ความจุของขวดแก้วทนอุณหภูมิสูงปากกว้างที่ใช้ในการทดลองคือ 120 มล. และปริมาตรของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์คือ 50 มล. ใส่สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่เตรียมไว้ซึ่งมีความเข้มข้น 0.02 ก./มล., 0.03 ก./มล. และ 0.04 ก./มล. ลงในขวดแก้วทนอุณหภูมิสูง กลับด้านที่อุณหภูมิต่างๆ และเปรียบเทียบความเข้มข้นที่แตกต่างกันสามความเข้มข้นข้างต้นตามรหัสความแข็งแรงของเจล ทดสอบความแข็งแรงของการก่อเจลของสารละลายน้ำเซลลูโลสอีเทอร์

(2) ทดสอบโดยวิธีหมุน เครื่องมือทดสอบที่ใช้ในการทดลองนี้คือรีโอมิเตอร์อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง เลือกสารละลายน้ำเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้น 2% แล้วใส่ลงในถังเพื่อทำการทดสอบ อัตราการทำความร้อนคือ 5℃/10 นาที อัตราเฉือนคือ 50 s-1 และเวลาทดสอบคือ 1 นาที ,ช่วงการทำความร้อนคือ 40110℃.

(3) ทดสอบโดยวิธีสุญญากาศที่ล้ำสมัย เชื่อมต่อท่อวัดสีที่มีเจล เปิดปั๊มสุญญากาศ และอ่านค่าสูงสุดของเกจวัดความดันเมื่ออากาศทะลุผ่านเจล แต่ละตัวอย่างจะดำเนินการสามครั้งเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย

(4) ทดสอบโดยวิธีแรงดันบวก ตามหลักการของวิธีระดับสุญญากาศที่ก้าวหน้า เราได้ปรับปรุงวิธีการทดลองนี้และนำวิธีการทะลุผ่านแรงดันเชิงบวกมาใช้ เชื่อมต่อท่อวัดสีที่มีเจล และใช้ระบบรับแรงดันเพื่อทดสอบความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล ปริมาณเจลที่ใช้ในการทดลองคือ 50 มล. ความจุของหลอดวัดสีคือ 100 มล. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในคือ 3 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อกลมที่สอดเข้าไปในเจลคือ 1 ซม. และความลึกของการแทรกคือ 3 ซม. ค่อยๆ เปิดสวิตช์กระบอกไนโตรเจน เมื่อข้อมูลความดันที่แสดงลดลงอย่างกะทันหันและรุนแรง ให้ใช้จุดสูงสุดเป็นค่าความแรงที่จำเป็นในการทะลุผ่านเจล แต่ละตัวอย่างจะดำเนินการสามครั้งเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย

2. ผลการทดลองและการอภิปราย

2.1 การบังคับใช้วิธีการสังเกตเพื่อทดสอบความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์

จากการประเมินความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์โดยการสังเกต โดยนำสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้น 0.02 กรัม/มล. เป็นตัวอย่าง จะทราบได้ว่าระดับความแรงคือ A เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 65°C และความแรงเริ่มเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิถึง 75℃จะแสดงสถานะเจลระดับความแรงจะเปลี่ยนจาก B เป็น D และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 120℃เกรดความแรงจะกลายเป็น F จะเห็นได้ว่าผลการประเมินของวิธีการประเมินนี้แสดงเพียงระดับความแรงของเจลแต่ไม่สามารถใช้ข้อมูลเพื่อแสดงค่าความแรงจำเพาะของเจลได้ กล่าวคือ มีคุณภาพแต่ไม่ได้ เชิงปริมาณ ข้อดีของวิธีนี้ก็คือ การดำเนินการนั้นง่ายและใช้งานง่าย และสามารถคัดกรองเจลที่มีความแข็งแรงตามที่ต้องการได้ในราคาถูกด้วยวิธีนี้

2.2 การประยุกต์วิธีการหมุนเพื่อทดสอบความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์

เมื่อสารละลายได้รับความร้อนถึง 80°C ความหนืดของสารละลายคือ 61 mPa·s จากนั้นความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและถึงค่าสูงสุดที่ 46,790 mPa·อยู่ที่ 100°C แล้วความแรงก็ลดลง สิ่งนี้ไม่สอดคล้องกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ว่าความหนืดของสารละลายน้ำไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์เริ่มเพิ่มขึ้นที่ 65°C และเจลจะปรากฏที่ประมาณ 75°C และความแข็งแกร่งยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือเจลแตกหักเนื่องจากการหมุนของโรเตอร์เมื่อทำการทดสอบความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์ ส่งผลให้ข้อมูลความแข็งแรงของเจลที่อุณหภูมิต่อมาไม่ถูกต้อง ดังนั้นวิธีนี้จึงไม่เหมาะสำหรับการประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล

2.3 การประยุกต์วิธีสุญญากาศแบบก้าวหน้าเพื่อทดสอบความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์

ผลการทดลองความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลได้รับการประเมินโดยวิธีสุญญากาศแบบก้าวหน้า วิธีการนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการหมุนของโรเตอร์ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงปัญหาการตัดและการแตกหักของคอลลอยด์ที่เกิดจากการหมุนของโรเตอร์ได้ จากผลการทดลองข้างต้น จะเห็นได้ว่าวิธีนี้สามารถทดสอบความแข็งแรงของเจลในเชิงปริมาณได้ เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 100°C ความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลที่มีความเข้มข้น 4% มากกว่า 0.1 MPa (ระดับสุญญากาศสูงสุด) และไม่สามารถวัดความแข็งแรงได้มากกว่า 0.1 MPa ความแข็งแรงของเจล ซึ่งก็คือขีดจำกัดบนของความแข็งแรงของเจลที่ทดสอบโดยวิธีนี้คือ 0.1 MPa ในการทดลองนี้ความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลมากกว่า 0.1 MPa ดังนั้นวิธีนี้จึงไม่เหมาะสำหรับการประเมินความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล

2.4 การบังคับใช้วิธีแรงดันบวกเพื่อทดสอบความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์

ใช้วิธีแรงดันบวกเพื่อประเมินผลการทดลองความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล จะเห็นได้ว่าวิธีนี้สามารถทดสอบปริมาณเจลที่มีความแรงมากกว่า 0.1 MPa ได้ในเชิงปริมาณ ระบบเก็บข้อมูลที่ใช้ในการทดลองทำให้ผลการทดลองมีความแม่นยำมากกว่าข้อมูลการอ่านค่าเทียมในวิธีระดับสุญญากาศ

3. บทสรุป

ความแข็งแรงของเจลของเซลลูโลสอีเทอร์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นโดยรวมตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น วิธีการหมุนและวิธีการสุญญากาศแบบทะลุผ่านไม่เหมาะสำหรับการพิจารณาความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจล วิธีการสังเกตสามารถวัดความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลในเชิงคุณภาพเท่านั้น และวิธีการกดบวกที่เพิ่มเข้ามาใหม่สามารถทดสอบความแข็งแรงของเซลลูโลสอีเทอร์เจลในเชิงปริมาณได้