Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Дипломдық жұмыс  52 беттен, 20 суреттен тұрады. Қолданылған әдебиеттер тізімінде 39 әдебиет келтірілген.

Кілттік сөздер: көбік, көбіктүзгіш, беттік активті зат, беттік керілу, композиция.

Зерттеу нысандары: негізгі көбіктүзгіш ретінде  иондық емес  БАЗ ОП-10 (ОП-Oxyethylenic Phenol), анионды беттік активті (АБАЗ) зат натрий додецилсульфаты (ДДСNа), катионды беттік активті (КБАЗ) зат цетилтриметил аммоний бромиді (ЦТАБ) және поливинил спирті (ПВС) алынды.

Зерттеу әдістері: көбіктүзгіш ерітінділерінің беттік керілуін өлшеудің сталогмометрлік әдісі, Росс-Майлс әдісі, тұтқырлықты вискозиметр арқылы анықтау, жұғу.

Жұмыс мақсаты: Көбік тұрақтылығына БАЗ-полимер композициясының әсерін талдау және оларды коллоидтық-химиялық зерттеу.

Алынған композициялық көбіктер кең қолданысқа ие. Айталық, өрт сөндіруде, медицинада, косметика және мұнай ығыстыруда т.б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Дипломная работа состоит из 52 страниц, 20 рисунков. Список литературы включает 39 источников.

Ключевые слова: пена, пенообразователь, поверхностно-активные вещества, поверхностное натяжение, композиция.

Объекты исследования: в качестве основных пенообразователей использовали  не ионный  поверхностно-активные вещества (ПАВ) ОП-10, анионный ПАВ додецилсульфат натрия (ДДСNa), катионный ПАВ цетилпиридиний бромид (ЦПБ) и не ионный полимер поливиниловый спирт (ПВС).

Методы исследования: сталогмометрический метод исследования поверхностного натяжения, метод Росс- Майлса, вискозиметрический метод исследования вязкости, смачивание, встряхивание.

Цель работы: исследование влияния композиций ПАВ – полимер на устойчивость пен и изучение их коллоидно – химических свойств.        Полученные пены применяются во многих областях, в частности для вытеснения нефти, пожаротушении, медицине, косметике и моющих средствах.

 

 

                                

                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        МАЗМҰНЫ

 

	КІРІСПЕ	5
1	ӘДЕБИ ШОЛУ	6
1.1	Көбік. Көбіктің құрылымы және негізгі сипаттамалары	6
1.2	БАЗ ерітінділерінің көбіктүзгіштігіне әсер ететін факторлар	9
1.3	Көбік тұрақтылығын арттырудағы БАЗ-полимер композициясының рөлі	12
1.4	Замануй көбіктүзгіштер	15
1.5	Өрт сөндіруге арналған көбіктүзгіштер	17
2	ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ	23
2.1	Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары	23
2.2	Зерттеу әдістері	25
2.2.1	Көбіктің негізгі көрсеткіштерін шайқау әдісімен анықтау	25
2.2.2	Беттік керілуді сталогмометрлік әдісімен зерттеу	25
2.2.3	Беттік керілуді зерттеу әдістемесі	27
2.2.4	Көбіктүзгіш қабілеттілігін және көбік тұрақтылығын анықтау Росс-Майлс әдісі	28
2.2.5	Көбіктүзуші сулы ерітінділердің рН-ын зерттеу	30
2.2.6	Тұтқырлықты вискозиметр арқылы анықтау	30
2.2.7	Жұғу бұрышын анықтау	32
3	ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ	34
3.1	БАЗ-ПВС негізінде алынған композициялық көбіктер	34
3.2	Композициялық көбіктүзгіштердің беттік керілуі	40
3.3	Росс-Майлс әдісімен БАЗ-полимер композициясының көбіктүзгіштігінің температуралық тәуелділігі	43
3.4	ОП-10 – ПВС қоспасының қатты денеге жұғу қабілеттілігі	44
	ҚОРЫТЫНДЫ	47
	АНЫҚТАМАЛАР	48
	БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР	49
	ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ	50
	ҚОСЫМША БЕТ	54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Көбіктер тұрақсыз дисперсті жүйе болып табылады. Соған қарамастан, көбіктер тұрмыста, медицинада және көптеген салаларда қолданысқа ие. Тұрмыста көбіктер жуғыш, косметикалық заттар ретінде қолданылады. Сонымен бірге, тез оталғыш сұйықтықтардан шыққан өрттерді сөндіру үшін пайдаланылады.

Беттік активті заттардың (БАЗ) көбіктүзгіштік қасиеті жоғары екендігі мәлім. Бірақ олардың қабыршақтарының беріктігі төмен. Осыған байланысты көбіктердің көбіктүзгіш қасиетін жоғарылату мақсатында, БАЗ-полимер композицияларының қасиеттері қарастырылды.

Негізгі көбіктүзгіш ретінде иондық емес  БАЗ ОП-10 (ОП-Oxyethylenic Phenol), анионды беттік активті (АБАЗ) зат натрий додецилсульфаты (ДДСNа), катионды беттік активті (КБАЗ) зат цетилтриметил аммоний бромиді (ЦТАБ) және поливинил спирті (ПВС) алынды.

Осыған орай бұл жұмысқа келесідей мақсат қойылды: БАЗ-полимер композицилары үшін тұрақты көбіктерді алу және олардың қасиеттерін зерттеу.

Көрсетілген мақсат бойынша келесі мәселелер қойылған:

• Көбіктердің негізгі параметрлерін анықтау;
• Беттік керілу изотермаларын анықтау;
• Көбік тұрақтылығына температураның әсерін зерттеу.

Мұндай композициялардың негізінде алынған көбіктерді өрт сөндіруде, медицинада, жуғыш және косметикалық құралдар өндірісінде колдануға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ӘДЕБИ ШОЛУ

 

1. Көбік. Көбіктің құрылымы және негізгі сипаттамалары

 

Көбіктер басқа дисперстік жүйелерден қозғалғыштығымен және фазалар бетінің өзгеру қабілеті арқылы ажыратылады. Фазалардың бөліну бетінің төмендеуі көбіктердің өмір сүру уақытын азайтады, сол себептен көбіктердің тұрақтылығын сақтау үшін БАЗ қолдану керек болады. Көбіктің түзілуі фазалардың бөлінуінің қозғалғыш мицелласының меншікті бетінің өсуіне алып келеді, бұл беттік құбылыстарды жылдамдатады және көбіктерге ерекше қасиет береді. Көбіктер кейбір тамақ өнеркәсібінің технологиялық процесінде, тамақтану азық-түлігін қолдану кезінде түзіледі [1].

Көбіктер химиялық тұрғыдан алғанда өзара сұйық қабаттар арқылы бөлінген газ (ауа) қуыстарынан құралатын дисперстік жүйе. Әдетте, газ дисперстік фаза болса, ал сұйықтық дисперстік орта болып саналады.

Көбіктегі газ көпіршіктерінің геометриялық пішіні газ бен сұйықтың ара қатынысына, көбіктің полидисперстілігіне байланысты. Осыған орай көпіршік ұяшықтары сфералы және көп қырлы пішінге ие болуы мүмкін.

Қазіргі уақытта көбік тұрақтылығын сипаттайтын ортақ қатаң  көрсеткіш жоқ. Көбік тұрақтылығын зерттеудегі негізгі бағыт – фазааралық шекарада пайда болатын және оларға тұрақтандырғыштық қасиет беретін БАЗ – дардың адсорбциялық қабаттарын зерттеу болып табылады.

Жоғары молекулалық беттік активті заттардың фазааралық адсорбциялық қабаттары, көбік пен эмульсияның жоғары құрылымды – механикалық тұрақтылық факторын тудыратын, жоғары беттік беріктілік пен тұтқырлыққа ие екені белгілі. Бұл полимерлі заттарды көбік тұрақтандырғыштар ретінде пайдалануға мүмкіндік береді [2].

Сфералық көбіктерде газбен салыстырғанда сұйықтың мөлшері көп, сондықтан олардың тұрақтылығы төмен болады. Тұрақсыз көбіктерде газ көпіршіктерінің аралығындағы сұйық ауырлық күшінің әсерінен ағып кетіп, бірден коалесценция (латын тілінен соаlesco «бірігу» деген мағынаны білдіреді) құбылысы жүреді. Бұл құбылысты Плато эффектісі деп атайды. Яғни көбіктегі көршілес тұрған газ қуыстарының бірігіп кетуінен үлкен бір қуыс пайда болады, осы қуыс энергиялық жағынан тұрақсыз күйге ұшырап жарылады да, көбік жойылады [1].

Көбіктер ескіру кезінде сфералық пішіннен қабаттардың жұқаруына байланысты көп қырлыға өтеді. Көбіктердің осындай екі түрге бөлінуін және олардың бір-біріне өтуін Манегольд ұсынған болатын.

Көп қырлы көбіктер сфералықпен салыстырғанда тепе-теңдік күйге жақын болады, сондықтан олардың тұрақтылығы да жоғары. Көбіктегі жанасып тұрған қабаттардың механикалық тепе-теңдігін анықтау үшін БАЗ ерітіндісіндегі көпқырлы үш газ көпіршіктерінің жанасуы қарастырылады. Осы үш көпіршіктің қабаттарының түйісуі кезінде пайда болатын үшбұрышты Плато-Гиббс каналы деп атайды. Кеңістікте оны үш цилиндірді бір-бірімен түйістіргенде  ортасында пайда болатын қуыс ретінде бейнелеуге болады (1-сурет).

Сонымен, көпқырлы көбіктердің әрбір қабырғасында үш қабат түйіседі және олардың қабаттардың бір жазықтықтағы керілу күштері бірдей болуы үшін, арасындағы бұрыштары да бірдей, өзара 120°- қа тең болады. Бұл Платоның көпқырлы көбіктердің құрылымын түсіндіруге арналған бірінші ережесі [3].

                                                          

 

                              1-сурет. Плато-Гиббс каналының көлденең қимасы

 

Егер төрт көпіршікті түйістіретін болсақ, онда олар 90°-та бір-бірін теңестіреді, бірақ бұл тепе-теңдік тұрақсыз. Кез келген көпіршікте кішкене ғана қысым өзгерсе, төрт қуыстан тұратын жүйеміз бірден үш қабаттан біріккен, екі Плато каналдарынын тұратын жүйеге айналады [3].

Плато сабынның көбіктерін зерттей отырып, үш өлшемді полиэдрлі көбіктерге екінші заңын келесі түрде тұжырымдады: бір нүктеде Плато каналдарының төртеуі түйісіп, 109°28’ құрайтын бірдей бұрыштар түзеді [5].

Егер көпіршіктің орташа радиусын r деп белгілесек, Плато каналының көлденең қимасының ауданы S төменгі теңдеумен анықталады:

 

                                          S=¯r2(√3-π/2)                                                               (1)

 

Алдын ала белгіленген қасиеттерге ие болатын көбіктерді алу маңызды мәселе болып табылады. Сондықтан көбіктердің қасиеттерін бағалау үшін ортақ бір критерийлер қолдануымыз керек. Бірақ, осы кезге дейін кез келген жағдайда көбік түзуші жүйелерді жан-жақты бағалай алатын жеке дара критерий жоқ. Дегенмен, көбік жүесін сипаттайтын негізгі қасиеттерді бөліп көрсетуге болады [3;6]:

    1. Жеке қабыршақтың қасиеті. Қабыршақтың өмір сүру уақыты оның бетінің ауданына кері пропорционал екенін сонау Плато дәлелдеген. Сондықтан, әр түрлі БАЗ-дың көбіктүзгіштігін салыстыру үшін, бірдей беттік аудандағы жеке қабыршақтың өмір сүру уақытын бағалау керек.

   2. Ерітіндінің көбік түзгіштік қасиеті (көбіктенуі)-бұл белгілі бір уақыт ішінде, белгілі жағдайда ерітіндінің тұрақты мөлшерінен түзілетін көбіктің көлемі (мл-мен алынған) немесе көбік бағанасының биіктігі (мм-мен алынған).

 Бұл  екі көрсеткіш те жартылай  сандық болып табылады, өйткені  олар көбіктің алыну жолына, ыдысқа, газды беру жылдамдығына және  т.б. жағдайларға тәуелді. Көбіктің  көлемі немесе биіктігі көпіршіктердің  мөлшеріне байланысты болады. Бұл  көрсеткіштер толық сандық көрсеткіш  болуы үшін көбіктің дисперстілігін  ескеру қажет.

«Таза» сұйықтардың көбік түзбейтіндігі ертеден белгілі. Бұны термодинамикалық тұрғыда дәлелдеуге болады [3]. Үлкен бетке ие болатын бір компонентті жүйе үшін Гиббс энергиясының өзгерісі мына теңдеумен анықталады:

 

                                            dG=Vdp-SdT-σdA                                                    (2)

 

мұндағы, V-жүйенің көлемі; p-қысым; S-энтропия; σ-беттік керілу; A-жүйенің меншікті беті.

 Тұрақты  қысым мен температурада (2) теңдеуі  келесі түрге ие болады:

 

                                         σ=-( )р,Т     немесе        ∆G=-σ∆A                                 (3)

 

 Гиббс  энергиясының ∆G төмендеуі ∆A шамасының кішірейуіне байланысты болады, ал бұл көбіктегі көпіршіктердің бұзылуына әкеледі. Сондықтан таза сұйықтардың көбіктері термодинамикалық тұрақсыз болып табылады. Ерітінді көбік түзуі үшін оның құрамына кемінде бір компонент беттік активтілікке ие болуы керек.