Swelling of EPDM rubbers for oil-well applications as influenced by medium composition and temperature. Part III. Final experiments and conclusions

• Autorzy: Zielińska M. , Seyger R. , Dierkes W. K. , Bielinski D. , Noordermeer J. W. M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ składu oleju i temperatury na pęcznienie gumy EPDM do zastosowań w szybach naftowych. Cz. III. Badania końcowe i wnioski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper focusses on time and temperature dependencies of swelling of crosslinked EPDM in three various solvents: o-xylene, cyclooctane and dodecane and their blends at 22 °C, 40 °C or 60 °C, mimicking the conditions in oil-wells. Sorption experiments of solvents in elastomers provide valuable information on the transport characteristics of the polymer composite, i.e. at what rate the liquid diffuses into the polymer matrix. The rates of the solvent swelling of a crosslinked EPDM sample have been measured in 16 organic solvents at various temperatures. The solvents mass uptake changed in order of: cycloalkanes > aromatic hydrocarbons > alkanes. A better way to determine the solubility parameter of the rubber from swelling in a single solvent, is observation of its swelling behaviour in mixtures of different solvents. In a mixture of solvents, with similar and different molar volumes, the respective components are absorbed by the rubber in the same volume concentration ratio as they were mixed. By mixing two solvents with different interactions towards the EPDM-rubber it is possible to shift the average solubility parameter of the mixture closer to the rubber and then get higher solvent mass uptake than for the pure components. The results show that the extents of the swelling for the pure solvents are nearly independent of temperature within the range studied here (20–80 °C), whereas in case of solvent mixtures at higher temperature, the solubility parameter becomes lower for the EPDM rubber. The interaction between rubber and solvent is the most sensitive and valuable parameter, which determines most prominently the swelling ratio. For the three classes of solvents investigated the solubility parameter approach that of the EPDM rubber, the higher their molar volumes, and consequently the degree of swelling increases.

PL

W artykule skupiono się na problemie zależności pęcznienia wulkanizatów EPDM od czasu, w trzech różnych rozpuszczalnikach: o-ksylenie, cyklooktanie i dodekanie lub ich mieszaninach, w temperaturach 22 °C, 40 °C lub 60 °C, naśladując warunki panujące w szybach wiertniczych. Wyniki badań sorpcji rozpuszczalników przez wulkanizaty dostarczają cennych informacji na temat charakteru ich transportu w kompozycie polimerowym, tj. szybkości, z jaką rozpuszczalnik dyfunduje w matrycy polimerowej. Zmierzono szybkości pęcznienia usieciowanych próbek kauczuku EPDM w16 rozpuszczalnikach organicznych, w różnej temperaturze. Wzrost masy próbki następuje w następującym porządku: cykloalkany > węglowodory aromatyczne > alkany. Lepszym, od pęcznienia w jednym roztworze, sposobem oznaczania parametru rozpuszczalności gumy jest obserwacja jej zachowania się w mieszaninie różnych rozpuszczalników. Jeżeli składniki takiej mieszaniny mają taką samą objętość molową, są absorbowane przez gumę w takiej samej proporcji, w jakiej były zmieszane. Natomiast mieszanina dwóch roztworów o różnej objętości molowej pozwala przesunąć średni parametr rozpuszczalności układu w kierunku parametru rozpuszczalności kauczuku EPDM i uzyskać większą wartość pęcznienia równowagowego polimeru w porównaniu z jego pęcznieniem w roztworach składowych. Uzyskane wyniki wskazują, że pęcznienie wulkanizatów w „czystych” rozpuszczalnikach prawie nie zależy od temperatury w badanym zakresie (20–80 °C), natomiast parametr rozpuszczalności kauczuku EPDM w mieszaninie roztworów maleje w podwyższonej temperaturze. Oddziaływania polimer–rozpuszczalnik są najbardziej czułym i ważnym parametrem z punktu widzenia oznaczania szybkości pęcznienia wulkanizatów. Z przeprowadzonych badań EPDM, przy użyciu trzech rodzajów rozpuszczalników wynika, że im większa objętość molowa rozpuszczalnika, tym większy stopień pęcznienia wulkanizatów.

Słowa kluczowe

EN

EPDM rubber; equilibrium swelling; organic solvents; temperature

PL

kauczuk EPDM; pęcznienie równowagowe; rozpuszczalniki organiczne; temperatura

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Elastomery
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 21, nr 4
• Strony: 252--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zielińska M.

• University of Twente, Dept. of Elastomer Technology and Engineering, PO Box 217, 7500 AE Enschede, the Netherlands
• Politechnika Łódzka, Lodz University of Technology, Lodz, Poland

autor

Seyger R.

• Ruma Rubber B.V., Lindberghstraat 49, 7903 BM, Hoogeveen, the Netherlands

autor

Dierkes W. K.

• University of Twente, Dept. of Elastomer Technology and Engineering, PO Box 217, 7500 AE Enschede, the Netherlands

autor

Bielinski D.

• Politechnika Łódzka, Lodz University of Technology, Lodz, Poland

autor

Noordermeer J. W. M.

• University of Twente, Dept. of Elastomer Technology and Engineering, PO Box 217, 7500 AE Enschede, the Netherlands

Bibliografia

• 1. Zielinska M., Seyger R., Dierkes W.K., Bielinski D., Noordermeer J.W.M., “Swelling of EPDM-rubbers for oil-well applications as influenced by medium composition and temperature. I. Literature and theoretical background”, Elastomery 2016, 20(2), 6–17.
• 2. Zielinska M., Seyger R., Dierkes W.K., Bielinski D., Noordermeer J.W.M., “Swelling of EPDM-rubbers for oil-well applications as influenced by medium composition and temperature. II. Experimental part”, Elastomery 2016, 20(4), 9–24.
• 3. Shan G.R., Xu P.Y., Weng Z.X., Huang Z.M., “Oil-absorption function of physical crosslinking in the high-oil-absorption resins”, Journal of Applied Polymer Science 2003, 90, 3945–3950.
• 4. Hrnjak-Murgid Z., JelenEid J., Bravar M., “The role of molar volume of the organic solvents in the swelling system EPDM vulcanizate/solvent”, Angewandte Makromolekulare Chemie 1996, 242, 4222, 85–96.
• 5. Brandt-Nielsen T., Hansen C.M., “Elastomer swelling and Hansen solubility parameters”, Polymer Testing 2005, 24, 1054–1061.
• 6. Seehra M.S., Yalamanchi M., Singh V., “Structural characteristics and swelling mechanism of two commercial nitrile-butadiene elastomers in various fluids”, Polymer Testing, 2012, 31(4), 564–571.
• 7. Otake Y., Suuberg E.M., “Temperature dependence of solvent swelling and diffusion processes in coals”, Energy&Fuels 1997, 11, 1155–1164.
• 8. Barton A.F.M., CRC Handbook of solubility parameters and other cohesion parameters, 2nd edition, 1983.
• 9. Hansen C.M., Hansen solubility parameters: a user’s handbook, 2nd Edition, CRC Press 2012.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).