B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
1.2.4. Tiêu chí lựa chọn polyme làm thành phần chế tạo hệ phụ gia
Để một polyme có thể làm thành phần chế tạo phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thô, nó cần phải có những đặc tính nhất định. Theo nghiên cứu của các tác giả
31
trên thế giới, một polyme thích hợp làm phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc của dầu, đặc biệt là hạn chế việc kết tinh của các phân tử sáp parafin và sự lắng đọng của chúng trong ống dẫn dầu thô, cần phải có KLPT trung bình khối vừa phải, và chỉ số đa phân tán nằm trong khoảng từ 1-2 [1, 2, 6, 121]. Yêu cầu KLPT trung bình khối vừa phải đảm bảo cho polyme không thiên quá nhiều về các đại phân tử kích thước quá lớn cũng như các đại phân tử kích thước quá nhỏ, đảm bảo sự tương hợp tốt với sáp parafin có trong dầu thô để ức chế sự kết tinh của nó. Yêu cầu chỉ số đa phân tán thấp đảm bảo polyme tổng hợp được có mật độ đồng đều cao, giúp ổn định tính chất cơ – lý – hóa của polyme [1, 121]. Đây là cơ sở ban đầu để lựa chọn polyme cho việc phối trộn tạo phụ gia.
Yêu cầu thứ hai là về mặt cấu trúc, một polyme có tác dụng hạ nhiệt độ đông đặc của dầu thô thường chứa hai hệ nhóm chức cơ bản: một hệ phân cực và một hệ không phân cực. Hệ không phân cực thường là các mạch ankyl dài, sẽ tương tác với sáp parafin thông qua các cơ chế tạo mầm (tạo nhân), hấp phụ và đồng kết tinh; hệ phân cực, ví dụ như các nhóm chức este, vinyl axetat, anhydrit maleic hoặc acrylonitril, có tác dụng làm gián đoạn sự phát triển tinh thể sáp, điều chỉnh lại hình thái học và ức chế sự hình thành các tinh thể sáp có kích thước lớn [1, 2, 6, 121].
Ngoài ra, một ngoại lệ về mặt cấu trúc cũng xuất hiện, đó là các copolyme tinh thể - vô định hình có khả năng tự sắp xếp trong pha dầu. Một ví dụ cho loại copolyme này là copolyme etylen/buten (PEB), được tạo thành bởi các nhóm không phân cực có cấu trúc tinh thể (polyetylen) và các nhóm không phân cực có cấu trúc vô định hình (polybuten). Các nhóm có cấu trúc tinh thể tạo thành lõi tinh thể được bao quanh bởi các nhóm nhóm có cấu trúc vô định hình, giúp phân tán tốt các lõi tinh thể trong pha dầu.
Việc lựa chọn các monome thành phần để tổng hợp vật liệu polyme có các tính chất trên, ngoài các yêu cầu về mặt cấu trúc phân tử đã đề cập, cần phải tính đến các yếu tố khác để tăng tính khả thi cho sản phẩm polyme tổng hợp được, như: mức độ sẵn có trên thị trường, thông dụng, giá thành rẻ. Vì những lý do trên, các monome như behenyl acrylat, stearyl metacrylat, vinyl axetat đã được lựa chọn cho quá trình tổng hợp các polyme trong nghiên cứu.
Behenyl acrylat, hay docosyl acrylat, thường được biểu diễn dưới dạng công thức hóa học C25H48O2, là một este của axit acrylic, được sử dụng làm tiền chất để tổng hợp
32
polyme và copolyme. Đó là một este với mạch axit béo dài và nhóm acrylat có khả năng phản ứng cao. Chất này có sẵn trên thị trường, bền vững hóa học trong điều kiện thường và dễ dàng tham gia vào phản ứng trùng hợp gốc để tổng hợp polyme hay copolyme. Với mạch cacbon dài và một nhóm este phân cực, polyme tổng hợp từ behenyl acrylat có thể tương tác tốt với các phân tử parafin trong dầu mỏ, đồng thời ức chế sự tự kết tinh của các phân tử parafin này. Ngoài ra, cũng do cấu trúc mạch dài, nên gốc tự do trung gian tạo thành do tương tác giữa chất khơi mào với monome có độ bền vững tốt, tạo điều kiện cho quá trình trùng hợp sâu, tạo nên các polyme có mạch dài.
Stearyl metacrylat có công thức phân tử C22H42O2, cũng có bản chất là este mạch dài của stearyl ancol với axit metacrylic. Tương tự behenyl acrylat, stearyl metacrylat cũng có sẵn trên thị trường dưới dạng tinh khiết, sử dụng làm tiền chất để tổng hợp polyme và copolyme thông qua phản ứng trùng hợp gốc. Đây cũng là một monome có mạch ankyl dài, vì thế sản phẩm polyme tổng hợp từ nó có khả năng tương tác với các phân tử parafin mạch dài trong dầu thô. Ngoài ra, stearyl metacrylate cũng có khả năng trùng hợp tạo polyme mạch dài với một trạng thái gốc trung gian bền vững.
Vinyl axetat có công thức phân tử C4H6O2, ngược lại với behenyl acrylat và stearyl metacrylat, là monome có mạch phân tử rất ngắn, độ hoạt động rất tốt, và dễ dàng tham gia các phản ứng tổng hợp polyme cũng như copolyme. Điểm đặc biệt của vinyl axetat là dù nó dễ bị polyme hóa, nhưng cũng dễ ngắt mạch trong quá trình phản ứng do trạng thái gốc tự do trung gian kém bền. Do đó, nó được sử dụng như một chất điều chỉnh mức độ copolyme hóa của behenyl acrylat và stearyl metacrylat, tránh tạo thành các mạch quá dài. Tương tự hai monome mạch dài, vinyl axetat cũng phổ biến, có sẵn trên thị trường và là một monome giá thành thấp.