Читать онлайн «Умные полимеры»

Умные полимеры академик А. Р. Хохлов Что такое полимер? Полимеры - длинные линейные цепи, состоящие из большого (N >>1) числа одинаковых звеньев. Для синтетических полимеров, как правило, N ~ 102 -104; Для ДНК N ~ 109 -1010 . полиэтилен полистирол поливинилхлорид Полимеры как длинные молекулярные цепи Электронная микрофотография макромолекулы ДНК, частично высвобожденной через дефекты мембраны  Полимеры вокруг нас Пластмассы Резины Волокна Пленки Полимеры вокруг нас Живые системы  Физические свойства полимеров определяются тремя основными факторами: 1. Мономерные единицы связаны в длинные цепи У них нет свободы независимого трансляционного движения Полимерные системы бедны энтропией. 2. Число мономерных единиц в цепи велико, N >> 1. 3. Полимерные цепи гибкие. Изменение основной проблематики при исследованиях полимеров До 1980: полимеры как конструкционные материалы (пластмассы, резины, волокна, пленки, клеи). После 1980: полимеры как функциональные материалы (суперабсорбенты, проводящие полимеры, полимеры для оптики, полимеры для медицины). После 2000: умные полимеры (разные функции в различных условиях)  Гели – суперабсорбенты сшивки полимерные цепи Гель, набухший в растворителе Применение гелей-суперабсорбентов подгузники сельское хозяйство Гели строительство упаковочный материал Дизайн «умных» полимерных систем для нефтедобычи Два направления использования в нефтедобыче: • Блокирование водопритоков в скважине; • Гидроразрыв пласта. Дизайн «умных» полимерных систем для нефтедобычи Два направления использования в нефтедобыче: • Блокирование водопритоков в скважине; • Гидроразрыв пласта. Важность ограничения водопритоков В мире в среднем добывается: 3 тонны воды на 1 тонну нефти вода нефть Ежегодно более 40 млрд. долларов расходуется на отделение и регенерацию никому не нужной воды  «Умные» полимеры для ограничения водопритоков Задача: найти систему, которая находит приток воды и блокирует его, но не препятствует течению нефти Полимерная Нефть жидкость (без воды) Требования к полимерам: нефть нефть • низкая вязкость при закачивании • образование геля при контакте с вода вода водой • сохранение низкой вязкости при нефть нефть контакте с нефтью  Гидрофобно ассоциирующие полимеры гидрофильные гидрофобные звенья звенья Гидрофобный агрегат Физический гель  Состав полимера 3 типа мономерных -(CH2- CH-)x- ( CH2- CH-)y- ( CH2- CH-)z- | | | единиц C=O C=O C=O | | | NH2 O- Na+ NH Mw= 1 000 000 | (CH2)n гидрофильные заряженные | гидрофильные CH3 незаряженные единицы единицы гидрофобные единицы 0-20 mol. % 0-3 mol. % n = 8, 11  Как использовать такие полимеры для ограничения водопритоков?