СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ (РЕОЛОГИЧЕСКИЕ) СВОЙСТВА ГЕЛЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА
Аннотация
В настоящей работе исследованы структурно-механические (реологические) свойства гелеобразующей системы, содержащей поливиниловый спирт (гелеобразователь) и щелочную композицию на основе неорганической буферной системы и полиола (сшиватель). Реологические измерения проводили на реометре Haake Viscotester iQ, оснащенном измерительной системой коаксиальных цилиндров СС25, контроль температуры осуществлялся встроенным в реометр элементом Пельтье. В осцилляционном режиме, при частоте колебаний ротора 1 Гц получены амплитудные развертки для сформированного из исходных составов геля, определен LVE- диапазон. Затем, в режиме с контролируемой деформацией, при значении деформации 0,1 из диапазона линейной вязкоупругости, получены кинетические зависимости модуля упругости G', модуля потерь G'' и комплексной вязкости |η*| для составов, отличающихся соотношением компонентов сшивателя при комнатной температуре. Показано, что во всех исследованных системах в начальные моменты времени наблюдается резкий рост реологических характеристик – гель начинает образовываться уже в момент смешивания компонентов. Далее, с течением времени, скорость возрастания G', G'' и |η*| снижается, а реокинетические кривые выходят на практически горизонтальный участок – во всем объеме образца формируется трехмерная структура – гель. Установлено, что регистрируемые кривые в условиях эксперимента изменяются симбатно, а соотношение компонент комплексного модуля связано с концентрацией сшивателя. Для композиции с повышенной концентрацией сшивателя у формирующейся структуры преобладают упругие свойства (G' > G''), при этом, по сравнению с менее концентрированным составом сшивателя, возрастает прочность структуры, а регистрируемые значения компонент комплексного модуля отличаются на порядок.
Для цитирования:
Кожевников И.С., Фуфаева М.С. Структурно-механические (реологические) свойства геля на основе поливинилового спирта. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 8. С. 20-25. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.4t.
Литература
Romero-Zeron L. Chemical Enhanced Oil Recovery (cEOR) – a Practical Overview. London: InTechOpen Ltd. 2016. 200 p. DOI: 10.5772/61394.
Мuslimov R.Kh. Oil recovery: Past, Present, Future. Kazan’: «FEN». 2012. 664 p. (in Russian).
Altunina L.K., Kuvshinov V.A., Stasyeva L.A., Kuvshinov I.V. Trends and prospects of physicochemical meth-ods for enhanced oil recovery of heavy oil fields. Chem. Sustain. Dev. 2018. V. 26. N 3. P. 240-255. DOI: 10.15372/KhUR20180303.
Kuvshinov I.V., Kuvshinov V.A., Altunina L.K. Field experience of thermotropic compositions application for enhanced oil recovery. Neftyanoe Khozyastvo. 2017. N 1. P. 44-47 (in Russian).
Alvarado V., Manrique E. Enhanced oil recovery: An update review. Energies. 2010. V. 3. N 9. P. 1529-1575. DOI: 10.3390/en3091529.
Al-Muntasheri G. A., Hussein I. A., Nasr-El-Din H. A., Mohamed Amin B. Viscoelastic properties of a high tem-perature cross-linked water shut-off polymeric gel. J. Pet. Sci. Eng. 2007. V. 55. N 1–2. P. 56–66. DOI: 10.1016/j.petrol.2006.04.004.
Battistel E., Bianchi D., Fornaroli M., Cobianco S. Enzymes breakers for viscosity enhancing polymers. J. Pet. Sci. Eng. 2011. V. 77. N 1. P. 10–17. DOI: 10.1016/j.petrol.2011.02.003.
Fink J. Chap. 16. Gel breakers, Hydraulic Fracturing Chemicals and Fluids Technology. 2020. P. 205–222. DOI: 10.1016/B978-0-12-822071-9.00023-2.
Sun X., Gao Z., Zhao M., Gao M., Mingyong D.U., Dai C. Development and evaluation of a novel seawater-based viscoelastic fracturing fluid system. J. Pet. Sci. Eng. 2019. V. 183. N 4. P. 106408. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.10640.
Martyushev D.A., Govindarajan S.K. Development and study of a Visco-Elastic Gel with controlled destruction times for killing oil wells. J. King Saud Univ. Eng. Sci. 2022. V. 34. N 7. P. 408–415. DOI: 10.1016/j.jksues.2021.06.007.
Manzhai V.N., Fufaeva M.S., Kashlach E.S. Relaxation of Mechanical Stress in Poly(vinyl alcohol) Cryogels of Different Compositions. Chin. J. Polym. Sci. 2023. V. 41. P. 442–447. DOI: 10.1007/s10118-022-2889-8.
Michurov D.A., Makhina T.K., Siracusa V., Bonartsev A.P., Lozinsky V.I., Iordanskii A.L. Poly(vinyl alcohol)-based cryogels loaded with the poly(3-hydroxybutyrate) microbeads and the evaluation of such composites as the delivery vehicles for simvastatin. Polymers. 2022. V. 14. N 11. 2196. DOI: 10.3390/polym14112196.
Peppas N.A., Stauffer S.R. Reinforced uncrosslinked poly (vinyl alcohol) gels produced by cyclic freezing-thawing processes A short review. J. Control. Release. 1991. V. 16. P. 305-310. DOI: 10.1016/0168-3659(91)90007-Z.
Hassan C.M., Peppas N.A. Structure and applications of poly(vinyl alcohol) hydrogels produced by conventional crosslinking or by freezing/thawing methods. Adv. Polym. Sci. 2000. 153. P. 37–65. DOI: 10.1007/3-540-46414-X_2.
Prosanov I.Yu., Abdulrahman S.T., Thomas S., Bulina N.V., Gerasimov K.B. Complex of polyvinyl alcohol with boric acid: structure and use. Mater. Today Commun. 2018. V. 14. P. 77-81. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2017.12.012.
Malkin A.Ya. Fundamentals of rheology. SPb.: TsOP "Professiya". 2018. 336 p. (in Russian).
Shramm G. Fundamentals of Practical Rheology and Rheometry. M.: Koloss. 2003. 311 p. (in Russian).
Koleshko V.M., Sunka V.Ya, Polýnkova E.V., Krupskaya E.V. Designing intelligent sensor systems for viscosity measurement. Minsk: BNTU. 2010. 81 p. (in Russian).
Solov’ev A.N., Kaplun A.B. Vibration method for measuring the viscosity of liquids. Novosibirsk: Nauka. 1970. 142 p. (in Russian).
Vibroviscometer of the SV series. Manual. Electronic resource: https://www.mirvesov.ru/docs/guide/10138.pdf.
Bogoslovskii A.V., Kozhevnikov I.S. Architecture of tuning-fork viscosity sensors. Bashkir. Khim. Zhurn. 2023. V. 30. N 1. P. 129-133 (in Russian). DOI: 10.17122/bcj-2023-1-129-133.
Altunina L.K., Kuvshinov V.A., Stasyeva L.A., Kuvshinov I.V., Chertenkov M.V. “Cold” technologies for en-hanced oil recovery. Oil Gas Journal. 2016. N 1–2. P. 80–84.
Fufaeva M.S., Altunina L.K. Cryogels to increase the service life of winter roads. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 8. P. 29-35 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.13t.
Ovsyannikova V.S., Fufaeva M.S., Kim Y., Altunina L.K. Biodegradation in soil of polymeric materials based on polyvinyl alcohol and starch cryogels. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 126-134 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.6t.
