CC BY
46
УДК 541.64:544.72:547.233.4
Л. Е. Фосс, П. С. Фахретдинов, Г. В. Романов,
Б. Я. Маргулис, С. А. Богданова, Ю. Г. Галяметдинов
ГИДРОФИЛИЗАЦИЯ ЭПОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ АСФАЛЬТО-СМОЛО-ПАРАФИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ
Ключевые слова: четвертичные аммониевые соединения, эпоксидные полимеры, гидрофилизаторы,
модификация, нефтяная пленка.
Исследовано влияние добавок четвертичных полиаммониевых соединений с кислородсодержащими фрагментами на гидрофильность поверхности эпоксидного полимера. Установлена высокая смачиваемость модифицированных покрытий и их эффективность в предупреждении отложения асфальто-смоло-парафиновых веществ.
Key words: quaternary ammonium compounds, epoxy polymers, wetting agents, modification, oil film.
The influence of quaternary ammonium compounds containing polar oxygen groups on surface wetting properties of epoxy polymer has been investigated. A high efficiency of modified coverings against paraffm deposits was found
Нефтепромысловое оборудование, как правило, эксплуатируется в средах, содержащих агрессивные вещества, реагирующие с металлом. Результатом такого негативного воздействия является коррозия металла, вызывающая преждевременный выход его из строя. Для борьбы с коррозией нефтяного оборудования используют химические, электрохимические методы защиты, пассивацию металла, различные покрытия, в том числе полимерные [1].
Из наиболее перспективных способов защиты поверхности нефтепромыслового оборудования от коррозии является применение защитных полимерных покрытий. Следует отметить, что подавляющее число таких покрытий являются в той или иной степени гидрофобными. Наиболее часто используемые для этой цели эпоксидные полимеры также обладают частичной гидрофобностью. В результате при добыче, подготовке и транспортировке нефти происходит интенсивное выпадение асфальто-смолисто-парафиновых веществ (АСПВ) на поверхности таких покрытий. Это приводит к увеличению затрат на удаление выпавших АСПВ, ремонт нефтепромыслового оборудования, что обуславливает снижение объемов добываемой нефти.
Указанные проблемы частично или полностью можно решить применением полимерных защитных материалов, обладающих высокой полярностью (гидрофильностью) поверхности, и соответственно низкой адгезией к парафину. В настоящее время наибольший интерес представляют материалы на основе эпоксидных полимеров, преимуществом которых является возможность широкого регулирования их эксплуатационных свойств [2].
Одним из способов гидрофилизации поверхности полимера является обработка его водными растворами поверхностно-активных веществ. Однако недостатком этого способа является то, что образующийся гидрофильный слой недолговечен и быстро смывается.
Ранее [3] проводились исследования по введению оксиэтилированных алкилфенолов (неонолов) в эпоксидный полимер на стадии полимеризации. Выявлено, что несмотря на то, что в неонолах содержатся достаточно длинные полярные полиоксиэтильные фрагменты, ожидаемой гидрофилизации полимера не происходит.
Известно, что вещества с ионной структурой обладают наиболее гидрофильными полярными поверхностями [4]. В связи с этим, предложено использовать в качестве модификаторов эпоксидных полимеров функциональнозамещенные аммониевые соединения, содержащие полярные аммониевые центры и различной длины полиоксиэтильные фрагменты. Экспериментально показано, что такие аммониевые соединения действительно являются
гидрофилизаторами эпоксидных полимеров. Увеличение числа аммонийных центров в соединениях указанной структуры приводит к росту гидрофилизации, что позволяет снизить выпадение из нефти АСПВ на поверхностях полимеров [5]. Однако оказалось, что для некоторых типов нефтей их эффективность является недостаточной. С целью создания более эффективных присадок-гидрофилизаторов эпоксидных полимеров синтезированы новые функционально-замещенные полиаммониевые соединения с полярными
кислородсодержащими фрагментами [6], общей формулы:
C9H19
CH,
R1
O(CH2CH2O)n-C-CH2-N-R2
\
O
R3
Cl
C9H19
CH2
+/"
R1
O(CH2CH2O)-C-CH2-N-R2
\
O
R3
m Cl
C9H19
+ /
R1
O(CH2CH2O)n-C-CH2-N-R2
\
m
O
R3
Cl
где в качестве аммонийных центров использовали алифатические и ароматические амины. При введении этих веществ в эпоксидный олигомер на стадии полимеризации в количестве от
0.3.до 2 % масс образуются модифицированные эпоксидные полимеры. Методом краевого угла смачивания полимера тестовыми жидкостями и вычислением значений свободной поверхностной энергии, ее полярной и дисперсионной составляющих [7, 8] установлено, что наибольшую гидрофилизирующую способность проявляют вещества с триэтаноламмониевым и пиридиниевым аммонийным центром уже при концентрации 0,5 % масс. Для оценки эффективности снижения отложения АСПВ на модифицированных покрытиях проведены испытания по отмыву нефтяной пленки водой. Для испытаний выбраны нефти с различным компонентным составом. Полученные данные свидетельствуют, что глобулирование и скатывание нефти происходит наиболее быстро для парафинистой смолистой нефти. Затем для парафинистой высокосмолистой и высокопарафинистой высокосмолистой. Это можно объяснить тем, что в парафинистой смолистой нефти содержится меньше всего тяжелых высокомолекулярных компонентов, способных из-за присутствия в их структуре большого количества полярных группировок и гетероатомов, сильнее удерживаться на поверхности гидрофилизованного эпоксидного полимера.
Заключение
Таким образом, предлагаются новые полиаммониевые соединения в качестве модификаторов-гидрофилизаторов эпоксидных покрытий нефтепромыслового оборудования, обеспечивающие пониженное отложение асфальто-смолисто-парафиновых веществ из нефти.
Литература
1. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии. / И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов, под ред. И.В. Семеновой. - М.: Физматлит, 2002. - 336 с.
2. Lutz, J.T. Polymer modifiers and additives // J.T. Lutz, Jr. R. Grossman. - N.Y.: Marcel Dekker, 2001. -P.510
3. Слобожанинова, М.В. Влияние добавок оксиэтилированных алкилфенолов на поверхностные энергетические характеристики отвержденных эпоксидных композиций / М.В. Слобожанинова, С. А. Богданова, В.П. Барабанов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - №1. - С. 169-174.
4. Цивилев Р.П. Поверхностные явления: метод. указания к самостоятельной работе студентов по коллоидной химии.- Ухта: УГТУ, 2007. - 29 с.
5. Пат. 2318800 РФ, МПК C07C 217/50. Пента{[поли(этиленокси)карбонилметил]-
гетерилониевые} производные трифенолов и способ их получения, способ гидрофилизации
эпоксидных полимеров, металлическое изделие, футерированное этим полимером и способ предотвращения осаждения из нефти асфальто-смолисто-парафиновых отложений / П.С. Фахретдинов, Г.В. Романов, Б.Я. Маргулис [и др.] // Бюлл. изобр. -2006. - №. 7.
6. Заявка №2010114280/04 Российская Федерация, 5МПК8 С07С 213/00, С09К8/524, С0817/0.
Поли[нонилфеноксиполи(этиленокси)карбонилметиламмоний]полихлориды, обладающие
свойствами гидрофилизирующих модификаторов эпоксидных полимеров / Фахретдинов П.С., Фосс Л.Е., Романов Г.В., Тузова В.Б., Маргулис Б.Я., Богданова С.А.; заявитель Учреждение Российской Академии наук Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, приоритет 28.10.2010.
7. Foweks, F.M. Additivity of intermolecular forces at interface / Determination of the contribution to surface and interfacial tensions of dispersion forces in various liquids // J. Phys. Chem. - 1963. - V.67. - № 12. - P. 2538-2544.
8. Ownes, D.K., Wendt R.C. Estimation of the surface fee energy of polymer // J. Appl. Polymer Sci. - 1969. -V.13. - №8. - P. 1740-1748.
© П. С. Фахретдинов - канд. хим. наук, доцент, ст. науч. сотр. лаб. химии и геохимии нефти Учреждения Российской Академии наук Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, fakhretd@iopc.ru; Л. Е. Фосс - мл. науч. сотр., асп. той же лаборатории, iacw212@gmail.com; Г. В. Романов - д-р хим. наук, проф., зав. той же лаб., v-ing@mail.ru; Б. Я. Маргулис - канд. хим. наук, ст. науч. сотр. той же лаборатории; С. А. Богданова -канд. хим. наук, доц. каф. физической и коллоидной химии КГТУ; Ю. Г. Галяметдинов - д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой физической и коллоидной химии КГТУ.
