Авторский коллектив ученых ЛНФ ОИЯИ, физического факультета МГУ, НИЦ «Курчатовский институт» и химического факультета Карагандинского государственного университета имени Е. А. Букетова (Казахстан) провел исследование роли взаимодействия компонентов в двойных полувзаимопроникающих сетках водорастворимых макромолекул и супрамолекулярных полимероподобных цепей. Результаты работы определяют возможные пути дальнейшего повышения эффективности растворов двойных полувзаимопроникающих полимерно-мицеллярных сеток, которые крайне востребованы в нефтяной промышленности.

Двойные сетки, образованные переплетенными полимерными цепями и червеобразными мицеллами поверхностно-активных веществ (ПАВ) в растворах, привлекают все больший интерес в различных сферах применений, например, в качестве загустителей, поскольку они сочетают в себе полезные свойства как полимерсодержащих, так и ПАВ-содержащих растворов. В частности, такие ПАВ-полимерные смеси имеют определенные перспективы в качестве новых, более эффективных жидкостей для гидроразрыва нефтяного пласта.

Микрофотографии образцов различной степени подготовки, полученные методом криогенной просвечивающей электронной микроскопии

В этом исследовании продемонстрировано влияние химического состава незаряженного полимера (поливинилового спирта, ПВС) и pH на реологические свойства и структуру смесей ПВС с катионным ПАВ — эруцил-бис(гидроксиэтил)метиламмония хлорид (ЭГАХ), которое уже используется на практике в методе гидроразрыва пласта. Используя комбинацию нескольких дополняющих методов (реометрия, криопросвечивающая электронная микроскопия, малоугловое нейтронное рассеяние и спектроскопия ядерного магнитного резонанса), в работе показано, что небольшое количество остаточных ацетатных групп (2-12.7 мол. %) в ПВС может значительно снизить вязкость смешанной системы. Этот эффект объясняется включением ацетатных групп в корону мицеллярных агрегатов, что снижает параметр молекулярной упаковки и тем самым вызывает укорачивание червеобразных мицелл. Когда эти группы удаляются гидролизом при pH выше 7, вязкость увеличивается на пять порядков из-за роста длины червеобразных мицелл.

Статья об исследовании опубликована в журнале «Polymers» в мае 2024 года. Объединенный институт ядерных исследований в коллективе авторов представляет начальник группы ЮМО Научно-экспериментального отдела нейтронных исследований конденсированных сред Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ Александр Куклин.