Натрієва сіль карбоксиметилцелюлоза (CMC) є важливою функціональною добавкою в бентонітових продуктах. Його застосування в основному стосується поліпшення фізичних властивостей і характеристик обробки бентоніту, і широко бере участь у бурінні, лиття, захисті навколишнього середовища, котячому туалеті та інших сферах.
1.Основні області застосування та механізм дії
1.1. Поле бурового розчину
У нафтовому, природному газі та геологічному бурінні бентоніт є основним матеріалом бурового розчину (головним чином завдяки його характеристикам набухання у воді з утворенням колоїдів і зважених твердих частинок), а CMC, як ключова добавка до розчину, може ефективно покращити ефект використання бентонітового розчину. Основні ефекти наступні:
Здатність до згущення та реологічного регулювання: натрієва CMC може значно підвищити в’язкість бентонітового бурового розчину, підвищити його здатність до суспензії, гарантувати, що шлам, вирізаний буровим долотом, не осідає, і уникнути нещасних випадків, пов’язаних із заклинюванням свердла; в той же час, регулюючи «розрідження зсуву» бурового розчину (розрідження при високому зсуві для легкого закачування, згущення при низькому зсуві для суспензії), ефективність буріння оптимізується.
Зменшити здатність фільтраційних втрат: під час буріння вода, що міститься в бентонітовому розчині, проникатиме в пласт (фільтраційні втрати), і надмірні фільтраційні втрати бурового розчину можуть призвести до руйнування стінки свердловини. Молекули КМЦ можуть утворювати тонкий і міцний фільтрувальний корж на стінці свердловини, зменшуючи втрату води та захищаючи стабільність стінки свердловини.
Солестійкість і здатність покращувати стабільність: бентоніт схильний до флокуляції в соляних шарах (які містять високі концентрації електролітів), тоді як КМЦ має певну солестійкість, що може підвищити стабільність шламу в складних утвореннях (таких як солі-вмісні та кальцій-утворення) і підтримувати його колоїдну структуру.
1.2. Ливарне виробництво
Бентоніт використовується як сполучна речовина для піску при литті (з’єднання частинок піску для формування та запобігання деформації піщаної форми при високих температурах). Додавши CMC, його продуктивність можна оптимізувати:
Підвищена міцність зв’язування: частинки натрію CMC і бентоніту поєднуються за допомогою водневих зв’язків, що може покращити міцність піску у вологому та сухому стані та зменшити пошкодження піщаної форми під час транспортування чи заливки.
Поліпшення пластичності: шляхом додавання Sodium CMC можна зменшити крихкість ливарного піску, що полегшує його формування (наприклад, формування складних виливків у піщані форми), одночасно зменшуючи пил, що летить під час формування.
Баланс між повільним схоплюванням і здатністю до згортання: натрієвий CMC може сповільнити швидкість затвердіння формувального піску та подовжити час формування; а після охолодження виливка це не впливає на розсипність формувального піску (пісок легко очищається).
1.3. Котячі туалети (на основі-бентоніту)
Це типовий сценарій застосування для комбінації CMC і бентоніту:
Посилення здатності до агломерації: природна агломерація бентонітового котячого туалету залежить від сили адсорбції між частинками, але на неї легко впливає кількість води та розмір частинок. CMC Sodium (CMC LV) утворює в’язкий колоїд при зустрічі з водою, який міцно зв’язує частинки бентоніту, утворюючи більш компактну та не-крихку агломерацію, яка особливо підходить для домогосподарств із кількома-котами або сценаріїв-частого використання.
Здатність до зменшення пилу та захисту від часток: CMC LV може утворювати тонку плівку на поверхні частинок бентоніту, зменшувати виділення пилу під час транспортування та використання та зменшувати подразнення дихальних шляхів користувачів і домашніх тварин.
1.4. Охорона навколишнього середовища та очищення стічних вод
Через сильну адсорбцію бентоніт часто використовують для очищення стічних вод (наприклад, для адсорбції іонів важких металів і органічних речовин). Додавання CMC може оптимізувати ефект застосування:
Прискорення флокуляції та осідання домішок у стічних водах: натрій КМЦ, як полімерний флокулянт, може працювати синергетично з бентонітом, щоб зважені домішки у воді збиралися та осідали швидше, тим самим підвищуючи ефективність очищення стічних вод.
Формування та переробка: змішування бентоніту з натрієвою CMC для отримання гранульованого адсорбенту може уникнути дисперсії та втрати порошкоподібного бентоніту у воді, його легко переробити та регенерувати, зменшуючи витрати на обробку.
2. Загальні принципи CMC в бентоніті
Бентоніт утворює глинисті колоїди при зустрічі з водою. Будучи водорозчинним полімером, молекулярний ланцюг КМЦ може бути вставлений між частинками глини, підвищуючи стабільність колоїду завдяки електростатичному притяганню та водневим зв’язкам і запобігаючи агломерації чи осіданню частинок.
У той же час CMC може зменшити межфазний натяг між бентонітом і водою та твердими частинками, покращити його змочуваність і диспергируемость, а також зробити бентоніт більш рівномірно розподіленим в різних системах (таких як грязь і формувальний пісок).
Завдяки сполучному ефекту між молекулами КМЦ може покращити міцність, в’язкість і пластичність матеріалів на основі-бентоніту, а також врівноважити суперечливі властивості, такі як «зв’язування» та «згортання», «плинність» і «суспензія».
3. Запобіжні заходи щодо застосування
Контроль кількості додавання: кількість CMC зазвичай становить 0,1%-2% від маси бентоніту (залежно від родовища). Надмірне використання може спричинити ненормальну в’язкість системи (наприклад, надмірно густий буровий розчин) або збільшити витрати.
Відповідність моделі: Ступінь заміщення (значення DS) і клас в’язкості КМЦ мають відповідати типу бентоніту (наприклад, КМЦ із високим-заміщенням має кращу стійкість до солі та підходить для сценаріїв буріння; КМЦ із низькою-в’язкістю більше підходить для регулювання агломерації котячого туалету).
Таким чином,КМЦ натрію, завдяки синергічному ефекту з бентонітом, ефективно компенсує недоліки продуктивності бентоніту при окремому використанні, роблячи його застосування в промислових і цивільних сферах більш ефективним і стабільним. Це ключова добавка для підвищення доданої вартості бентонітових продуктів.
