СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОФИЛЬНОЙ САПОНИТОВОЙ ГЛИНЫ Российский патент 2025 года по МПК C01B33/44 C09C1/42 C09C3/10 

Изобретение относится к области получения органомодифицированной глины, которая может быть использована как структурообразователь для улучшения тиксотропных свойств буровых растворов на углеводородной основе, а также может быть использована в производстве мастик и клеев для автомобилей; как наполнитель полимеров для повышения термостойкости и термостабильности, для повышения долговечности потребительских составов, для повышения седиментационной устойчивости различных систем, как высокоэффективная добавка для увеличения прочности цементного камня, в качестве адсорбента для очистки сточных вод от анионных красителей и ПАВ и т.д.

Известен способ получения органоглины (патент РФ № 2380316, опубл. 2010.01.27) сущность способа заключается в том, что обработку природного монтмориллонита ведут при перемешивании водной суспензии природного монтмориллонита с солью, выбранной из ряда: гуанидингидрохлорид, гуанидинкарбонат, гуанидинсульфат, при соотношении компонентов, мас.%: монтмориллонит - 85-90, гуанидинсодержащая соль - 10-15, затем полученную органоглину отделяют, промывают водой и высушивают.

Недостатком данного способа является то, что соли гуанидина входят во 2 класс опасности, по этой причине дозировка солей гуанидина в количестве 10-15 мас.% в производстве органоглины опасно, они токсичны при попадании на кожу и в дыхательные пути могут вызвать кислотный ожог.

Известен способ получения органофильных глин (авторское свидетельство СССР № 477972, опубл. 1975.07.25), глину смешивают с продуктами перегонки нефти, температура которых выше 300°С.

Недостатком данного способа является то, что не все продукты перегонки нефти подходят для данного способа, например нефтяные остаточные продукты, битумы, нефтяные связующие, каменноугольные пеки представляют собой сложную систему, в состав которой входят высококонденсированные карбо- и гетероциклические соединения и продукты их уплотнения. Для них характерна нестабильность химического состава, термическая неустойчивость соединений, входящих в их состав, а также способ-ность разрушения коллоидной структуры при повышении температуры (расслоение и выпадение осадка).

Известен способ получения органофильного порошкообразного бентонита (патент РФ № 2665425, опубл. 2018.08.29) сущность способа заключается в том, что 6 %-ную суспензию бентонита готовят диспергированием бентонита в воде в течение 15 мин. Полученную суспензию активируют добавлением хлорида натрия в количестве, необходимом для получения 1М раствора, и перемешивают в течение еще 15 мин. Суспензию отделяют от грубодисперсных частиц декантацией, обрабатывают 77%-ным раствором дистеарилмитиламмоний хлорида и перемешивают еще 60 мин. Полученный органобентонит центрифугируют в течение 4 мин, двукратно промывают дистиллированной водой и подвергают сушке до постоянной массы при температуре 105-110°С.

Недостатком данного способа является то, что диспергирование бентонита в течение 15 минут приводит к выходу тонкодисперсной фракции и при дальнейшем добавлении хлорида натрия до концентрации 1М в глинистую суспензию приведёт к коагуляции глинистых частиц, что приводит к снижению эффективности процесса модификации глины.

Известен способ получения органомодифицированного монтмориллонита с полифторалкильными группами (патент РФ № 2626414, опубл. 2017.07.27) сущность способа заключается в том, что обработку природного монтмориллонита ведут полифторированным спиртом при ультразвуковом диспергировании в растворителе при нагревании и частоте ультразвука 40 кГц с последующим отделением модифицированного монтмориллонита, промывкой и сушкой, при этом обработку ведут 1,1,3-тригидроперфторпропанолом-1 в н-гептане при 30°C при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: монтмориллонит - 100,0; 1,1,3-тригидроперфторпропанол-1 - 8,7; н-гептан - 200,0.

Недостатком данного способа является то, что обработка глины ультразвуком в присутствии н-гептана приводит к передиспергации глинистого материала и заполнению поверхности глины углеводородными радикалами C₅H₁₁- и дальнейшая сорбция спита 1,1,3-тригидроперфторпропанолом-1, обладающего повышенной кислотностью, на поверхности щелочного глинистого минерала обусловит его недостаточную гидрофобизацию.

Известен способ получения органофильного бентонита (патент РФ № 2563477, опубл. 2015.09.20) принятый за прототип, который осуществляется, путем гомогенизации при комнатной температуре бентонитового порошка или бентонитовой пасты и 70-85%-ного раствора четвертичной аммониевой соли - диалкилбензилметиламмоний хлорида с алкильными углеводородными радикалами C₁₄-C₂₂ в низкомолекулярном спирте (метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, и т.д.) при массовом соотношении бентонита и соли 10:4,5-10:6,5, перемешивания в течение 30 мин при температуре 60-80°C, сушке органобентонита и его перемалывании.

Недостатком процесса является то, что в качестве глины берется бентонитовая глина, катионообменная ёмкость которой (64,4 г-экв/100г) ниже, чем у сапонитовой глины, ёмкость которой составляет 93,8 г-экв/100г, что указывает на более высокую способность к взаимодействию между поверхностью глины и модификатором, представленным четвертичной аммониевой солью, а именно диалкилдиметиламмоний хлоридом, содержание которого в использованном реагенте составляет - 75%, остальные 25% - изопропиловый спирт, который характеризуется большим числом углеродных атомов в цепи радикала.

Техническим результатом является получение органофильной сапонитовой глины.

Технический результат достигается тем, что в качестве исходного сырья используют сапонитовый мелкодисперсный глинопорошок, гомогенизацию проводят c воскообразной массой четвертичной аммониевой соли, в качестве которой используют диалкилдиметиламмоний хлорид, содержащий 78% основного вещества, при массовом соотношении 10:4, при перемешивании от 45 до 60 мин, затем производят рассев на вибрационном грохоте с размером сит 71 мкм, с получением фракции менее 71 мкм, которую отправляют на фасовку и упаковку, и фракции более 71 мкм, которую отправляют на домол в смесительную установку.

Способ осуществляется следующим образом. Исходное сырьё представляет собой сапонитовый мелкодисперсный глинопорошок, исходным составом масс.%: SiO₂-52,3; MgO-22,12; Fe₂O₃-9,9 %; Al₂O₃ - 5,7; CaO - 4,6; прочее - 5,38.

Сапонитовый мелкодисперсный глинопорошок гомогенизируется в смесительной установке при комнатной температуре c воскообразной массой - четвертичной аммониевой солью - диалкилдиметиламмоний хлорида содержащей 78% основного вещества, при массовом соотношении 10:4. Перемешивание ведут от 15 мин до 75 мин, затем производится рассев на вибрационном грохоте с размером сит 71 мкм. Фракция менее 71 мкм отправляется на фасовку и упаковку, фракция более 71 мкм отправляется на домол в смесительную установку.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. 50 г сапонитового мелкодисперсного глинопорошка гомогенизировали с 20 г 78%-ым раствором четвертичной аммониевой соли - диалкилдиметиламмоний хлорида. Реакционная масса перемешивалась 15 мин при комнатной температуре, после чего сухая масса органофильной сапонитовой глины извлекалась из реактора и отправлялась на рассев на вибрационном грохоте.

Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе.

№
Способа Массовое соотношение, масс.% Время перемешивания, мин Краевой угол смачивания, град Динамическое напряжение сдвига, дПа Статическое напряжение сдвига, дПа 10 сек/10 мин 1 10:4 15 51,2 24,5 12,8/12,8 2 30 65,3 24,5 13,4/13,4 3 45 85,4 48,0 27,2/27,2 4 60 87,7 48,3 27,2/27,2 5 75 87,3 48,2 27,2/27,2

Пример 2. 50 г сапонитового мелкодисперсного глинопорошка гомогенизировали с 20 г 78%-ым раствором четвертичной аммониевой соли - диалкилдиметиламмоний хлорида. Реакционная масса перемешивалась 30 мин при комнатной температуре, после чего сухая масса органофильной сапонитовой глины извлекалась из реактора и отправлялась на рассев на вибрационном грохоте. Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе представлены в таблице 1.

Пример 3. 50 г сапонитового мелкодисперсного глинопорошка гомогенизировали с 20 г 78%-ым раствором четвертичной аммониевой соли - диалкилдиметиламмоний хлорида. Реакционная масса перемешивалась 45 мин при комнатной температуре, после чего сухая масса органофильной сапонитовой глины извлекалась из реактора и отправлялась на рассев на вибрационном грохоте. Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе представлены в таблице 1.

Пример 4. 50 г сапонитового мелкодисперсного глинопорошка гомогенизировали с 20 г 78%-ым раствором четвертичной аммониевой соли - диалкилдиметиламмоний хлорида. Реакционная масса перемешивалась 60 мин при комнатной температуре, после чего сухая масса органофильной сапонитовой глины извлекалась из реактора и отправлялась на рассев на вибрационном грохоте. Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе представлены в таблице 1.

Пример 5. 50 г сапонитового мелкодисперсного глинопорошка гомогенизировали с 20 г 78%-ым раствором четвертичной аммониевой соли - диалкилдиметиламмоний хлорида. Реакционная масса перемешивалась 75 мин при комнатной температуре, после чего сухая масса органофильной сапонитовой глины извлекалась из реактора и отправлялась на рассев на вибрационном грохоте. Результаты тестирования органофильного сапонита в качестве структурообразовательного агента для буровых растворов на углеводородной основе представлены в таблице 1.

Получение органофильной сапонитовой глины при перемешивании в смесительном устройстве в течении от 15 до 30 мин приводит к неполной гомогенизации поверхности глинистого материала, что в свою очередь приводит к снижению смачиваемости поверхности углеводородной основой бурового раствора, а также к низким значениям динамического напряжения сдвига и статического напряжения сдвига сапонитовой суспензии на углеводородной основе.

Перемешивание более 75 мин не целесообразно ввиду отсутствия значительного влияния времени перемешивания на смачиваемость поверхности глинистого материала углеводородной основой, а также значения динамического напряжения сдвига и статического напряжения сдвига сапонитовой суспензии на углеводородной основе.

Предлагаемый способ получения органофильной сапонитовой глины, гомогенизируемой в смесительном устройстве при контакте глины с диалкилдиметиламмоний хлорида в течение от 45 до 60 мин позволяет получить глинистый материал, сохраняющий седиментационную устойчивость ДНС 48 дПа; СНС/СНС₁₀ 27,2/27,2 дПа суспензии на углеводородной основе.

Изобретение относится к получению органофильной сапонитовой глины, которая может быть использована как структурообразователь для улучшения тиксотропных свойств буровых растворов на углеводородной основе, как наполнитель полимеров для повышения термостойкости и термостабильности, как добавка для увеличения прочности цементного камня, в качестве адсорбента для очистки сточных вод от анионных красителей и ПАВ. Способ включает гомогенизацию сапонитового мелкодисперсного глинопорошка с диалкилдиметиламмоний хлоридом, содержащим 78% основного вещества, при перемешивании от 45 до 60 мин и дальнейшее рассеивание на вибрационном грохоте с получением фракции менее 71 мкм. Изобретение позволяет получить глинистый материал, сохраняющий седиментационную устойчивость буровых растворов на углеродной основе. 1 табл., 5 пр.

Способ получения органофильной сапонитовой глины, включающий гомогенизацию с четвертичной аммониевой солью, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют сапонитовый мелкодисперсный глинопорошок, гомогенизацию проводят c воскообразной массой четвертичной аммониевой соли, в качестве которой используют диалкилдиметиламмоний хлорид, содержащий 78% основного вещества, при массовом соотношении 10:4, при перемешивании от 45 до 60 мин, затем производят рассев на вибрационном грохоте с размером сит 71 мкм с получением фракции менее 71 мкм, которую отправляют на фасовку и упаковку, и фракции более 71 мкм, которую отправляют на домол в смесительную установку.