Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

3. Көбіктің  еселігі (К). Бұл жоғарыда айтылған  көбік бағанының биіктігі немесе  көбіктің көлемі сияқты сипаттамаларға  қарағанда объективті критерий  болып табылады. Көбіктің еселігі  көбіктің жалпы көлемінің оны  түзуге жұмсалған сұйықтықтың  көлеміне қатынасына тең:

                      К=Vкөбік/Vсұйық=(Vгаз-Vсұйықтық)/Vcұйықтық=Vгаз/Vсұйықтық+1             (4)

4. Көбіктің  тұрақтылығын анықтау үшін оның  толық көлемінің немесе бір  бөлігінің (жартылай көлем) бұзылу  уақытын өлшейді. Көбіктердің тұрақтылығын  сандық түрде табу үшін көбінесе  жеке көпіршіктің сақталу уақыты  бақыланады.

5. Плато-Гиббс  каналдарындағы капиллярлық қысым. Бұл полиэдірлі көбіктің негізгі  қасиеті болып табылады. Капиллярлық  қысымның мәні атмосфералықпен  салыстырғанда төмен болады және  ол көбіктің еселігіне, дисперстілігіне  және беттік керілуіне тәуелді  болады.

6. Көбіктің  дисперсиялылығы-бұл көбіктің көптеген  қасиеттерін және онда жүретін  процестерді (диффузиялық тасымалдау, синерезис және т.б.) көрсететін, яғни оның технологиялық сапасын, қолданылу аймақтарын анықтайтын маңызды қасиет. Көбіктің дисперсиялылығы ауа көпіршіктерінің орташа мөлшерімен сипатталады. Ауа көпіршіктері неғұрлым кішкентай болса, көбіктің дисперсиялылығы соғұрлым жоғары болады. Дисперсиялылықтың өзгеруі коалесценция және диффузиялық тасымалдау құбылыстарының нәтижесінде көбіктің ішкі құрылымының бұзылуынан болады.

7. Көбіктің  ығысу кернеуінің шектеулі мәні  көбінесе серпімділік арқылы  есептеледі. Ол көбіктің түрлі  механикалық қысымдарды, мысалы  жоғары орналасқан көбік бағанасының  түсірген қысымын өзінің көлемі  мен формасын өзгертпей қабылдай  алу қабілеті. Көбіктің қабыршақтары  сұйық болса да оларға белгілі  бір серпімділік тән.

8. Көбіктің  тұтқырлығы реологиялық сипаттамаға (реология-ағу туралы ғылым) жатады. Оның көмегімен көбіктің қозғалу  жылдамдығын, көбік массасының беттік  таралуын анықтауға болады.

Жалпы көбіктің негізгі қасиеттері оны алатын заттарға, яғни көбіктүзгіштің түріне және оның мөлшеріне байланысты болады.

1.2 БАЗ ерітінділерінің көбіктүзгіштігіне әсер ететін факторлар

Ерітінділердің көбіктүзгіштігіне БАЗ молекуласының құрылымы үлкен әсер етеді. Осыған орай, құрылымы әр түрлі БАЗ-дардың көбіктүзгіштігін зерттеу үшін арналған жұмыстар белгілі. Беттік активті заттардың (БАЗ) көбіктүзгіштік қасиеті көптеген факторларға тәуелді. Соның ішінде БАЗ молекуласының құрылымы, ерітінділердің концентрациясы, беттік керілуі, температура, ортаның pH-ы және әр түрлі қоспаларды (бейорганикалық электролиттер, полярлы емес органикалық сұйықтар, қатты заттардың қоспасы) енгізу көбіктүзгіштікке үлкен әсерін тигізеді [4-6].

Анионды БАЗ ерітінділерінің көбіктүзгіштік қасиеті олардың құрамындағы алкил тізбектері С4-тен С14-ке дейін ұзарғанда жоғарылап, одан соң төмендейді. Бірақ, алкил тізбегі С14-тен асқанда ерітінділердің көбік түзу қасиеті әлсірейді. Ол беттік активтілікке байланысты. Алкилді тізбектің өсуінің нәтижесінде молекуланың гидрофобты бөліктерінің арасындағы тартылыс күшінің артуы беттік активтіліктің өсуіне әкеледі, бірақ, көміртек атомының саны тым артуынан молекулалар ерітінді ішінде агрегацияланып, фазааралық бетке шығуы тежеледі, сол себепті беттік керілу өсіп, көбіктүзгіштіктің төмендеуіне әкеледі [3; 6].

Ионды емес, мысалы, құрамында оксиэтилен тобы (-СН2-СН2-О-) бар БАЗ ерітінділерінің көбік түзу қасиеті тізбектің ұзындығына, сол сияқты -СН2-СН2-О- тобының санына байланысты болады. Осыған орай, жай олигоэфирлердің, яғни оксиэтилен (ОЭ) және окси пропилен (ОП) блок-сополимерлерінің құрамын және молекулалық массасын өзгерту арқылы олардың судағы көбіктүзгіштік қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары зерттелген. ОЭ-және ОП- буындарының қатынасын өзгерту, сонымен қатар, олигоэфир молекуласының ОЭ-блогына 1-2 ОП-тобын енгізу арқылы олигоэфирлердің көбіктүзгіштігін басқаруға болатындығы көрсетілген [6].

Көбіктүзгіштік пен көбік тұрақтылығына температураның әсері күрделі, әрі басқа да қосарлас процестердің жүруіне тәуелді. Мысалы, температураны жоғарылатқанда еріткіштің және көбіктүзгіштің булануы артып, көбіктүзгіштің концетрациясы және оның құрылымының өзгешелігіне қарай көбіктің тұрақтылығы артуы немесе кемуі мүмкін. Температураның көтерілуімен БАЗ молекулаларының адсорбциялануы артып, олардың жылулық тербелістері күшееді де, көбіктүзгіш молекуласынан түзілген беттік қабаттың механикалық тұрақтылығы әлсірейді. Керісінше, температураның артуымен көбіктүзгіштің ерігіштігі артып, тұрақты көбік түзілуі мүмкін. Сонымен бірге, ерітіндінің тұтқырлығының төмендеуінен, көбіктегі сұйықтың ағуы жылдамдап, полярлы топтың гидратациялану жағдайларының өзгеруі нәтижесінде көбіктің тұрақтылығы төмендейді [3;15].

Көбіктүзгіштік пен көбік тұрақтылығына температураның әсері күрделі, әрі басқа да қосарлас процестердің жүруіне тәуелді. Мысалы, температураны жоғарылатқанда еріткіштің және көбіктүзгіштің булануы артып, көбіктүзгіштің концентрациясы және оның құрылымының өзгешелігіне қарай көбіктің тұрақтылығы артуы немесе кемуі мүмкін. Температураның көтерілуімен БАЗ молекулаларының адсорбциялануы артып, олардың жылулық тербелістері күшейеді де, көбіктүзгіш молекуласынан түзілген беттік қабаттың механикалық тұрақтылығы әлсірейді. Керісінше, температураның артуымен көбіктүзгіштің ерігіштігі артып, тұрақты көбік түзілуі мүмкін. Сонымен бірге, ерітіндінің тұтқырлығының төмендеуінен, көбіктегі сұйықтың ағуы жылдамдап, полярлы топтың гидратациялану жағдайларының өзгеруі нәтижесінде көбіктің тұрақтылығы төмендейді [3;16].

Ионды және ионды емес БАЗ ерітінділерінен алынған көбіктің өмір сүру уақытына температураның әсері зерттелген [10]. Көбіктің өмір сүру уақыты τP мен активтену энергиясының ∆p қысымның секірмелі өзгерісімен азаятындығы анықталған. Тритон X-100 көбіктері үшін lnτp-( ) тәуелділігінде анық сынық көрінеді, ол критикалық сынық өзгерісіне сәкес келеді және бұл сынық ∆p-ның өсуімен төменгі температуралар жағына ығысады.

Натрий n-алкилсульфатының сулы ерітінділерінің көбіктүзгіштігін кең температуралық интервалда зерттеу жұмыстары БАЗ-дың көбіктенуі үшін МТКК шамасының температураға тәуелділігін ескеру қажет екндігін көрсеткен [11]. Температураны жоғарылатқанда көбіктүзгіштік максимумы жоғары молекулалық гомологтар жағына қарай ығысады, бұл БАЗ молекулаларының қозғалғыштықтарының түрлілігіне байланысты. Көбіктің синерезисінің жылдамдығын зерттегенде, гидрофобты радикалдың ұзындығы артқан сайын көбіктен аққан сұйықтың жылдамдығы азаятындығы анықталған. Сонымен, бірдей жағдайда көбік синерезисінің жылдамдығы БАЗ-дың химиялық құрылысына тәуелді болатындығы табылған.

Май қышқылдары мен олардың сілтілік тұздарының көбіктүзгіштігіне ортаның pH-ның әсері қаралған [10]. Май қышқылдары қышқылдық ортада көбік түзбейді және олардың ең жоғарғы көбік түзуі рН=8-9 шамасына сәкес келеді. Осы жағдайда оның молекуласы бір молекулаға келетін ең үлкен ауданды алады.Сол сияқты, қаныққан май қышқылдарының натрий тұздарының, мысалы, натий лауреаты үшін рН-тың қолайлы мөлшері 7 болса, натрий пальмитаты үшін 10 екендігі анықталған. Бұдан, қаныққан май қышқылдарының натрий тұздарының гидрофобты тізбегінің ұзаруымен көбіктүзгіштіктің максимумы сілтілік ортаға қарай жылжитындығын көруге болады.

БАЗ концентрациясы да көбіктүзгіштікке әсер етеді, яғни концентрацияның өсуімен ерітіндінің көбік түзу қабілеті  жоғарылап, концетрацияның шамасы жоғарғы болғанда максималды мәнге жетеді де, тұрақтанады. Концентрацияның артуынан көбіктүзгіштіктің жоғарылауы мицеллалардың түзілуіне байланысты, яғни концентрация МТКК-ға жеткенде көбіктүзгіштік ең жоғары шегіне жетеді. Сонымен қатар, МТКК аймағында механикалық жағынан берік адсорбциялық қабат қалыптасуы аяқталады. Концентрацияны ары қарай жоғарылатқанда (МТКК-дан жоғары) ерітіндіде молекуланың диффузиялану жылдамдығы төмендеп, осыған сәйкес БАЗ-дың көбік түзу қасиеті әлсірейді [4;15].

3. Көбік тұрақтылығын арттырудағы БАЗ-полимер                 композицияларының рөлі

Жалпы көбік термодинамикалық жағынан тұрақсыз жүйе болғандықтан, оның тұрақтылығын бұзылу уақытын тежеу арқылы ұзартуға болады. Ол көптеген факторлардың әсеріне тәуелді, яғни, олар Гиббс пен Марагони эффектілерінің әсері, қабаттың беттік тұтқырлығы немесе механикалық қасиеттері (құрылымдық-механикалық фактор), қабаттың бетінде оның жұқаруына кедергі келтіретін гидратты қос электрлік қабаттың болуы [17].

Көбіктің тұрақтылығын арттыру көбіктүзгішке, яғни БАЗ-ға басқа БАЗ-дарды немесе жоғары молекулалық қосылыстарды қосу арқылы іске асырылады. Егер көбік түзуші жүйенің құрамына БАЗ-дар қосылса, онда көбіктің тұрақтылығы ионды және ионды емес БАЗ молекулаларынан тұратын мицеллаларының түзілуімен артады. Ал негізгі көбіктүзуші БАЗ-ға жоғары молекулалық қосылысты тұрақтандырушы компонент ретінде қосқанда тұтқырлығы жоғары, төзімді адсобциялық қабаттар түзіледі де көбікті бұзылудан қорғайды. Бұл заттар ерітіндінің тұтқырлығын арттырып, сұйықтың көбіктен ағуын бәсеңдетеді, сонымен қатар олар БАЗ ерітіндісінің МТКК мәнін едәуір төмендетеді [3; 5].

Алкилсульфат, синтанол, цетилпиридиний бромидінің ерітінділерінің көбіктүзгіштігіне поливинил спиртінің (ПВС) әсері зерттелген [18]. ПВС-ты қосу көбіктің тұрақтылығын арттыратындығы анықталған, ең жоғары әсер ПВС құрамындағы ацетат топтарының саны 10-15% аралығына сәйкес келеді. Тұрақтылықтың артуы гидрофобты механизммен БАЗ-полимер комплексінің түзілуімен түсіндіріледі.

ПВС кристалдық полимерге жатады. Ацетатты тобы 5 %-ды құрайтын ПВС салқын суда ерімейді, бірақ 65 0С-қа дейін қыздырылған суда жақсы ериді. Ацетаттық тобы 40 % болатын ПВС бөлме тепературасында суда ериді. Ал ацетаттық тобы 50 % болғанда ПВС салқын және ыстық суда еру қабілетін жоғалтады, бірақ метил сиртінде ериді [10].

Поливинил спиртінің қолданылу саласы орасан көп. Соның ішінде поливинилацеталь синтезі үшін эмуьгатор және стабилизатор ретінде қолданылады.

Поливинил спирті суда ерігіш қабыршақ түрінде жуғыш заттарды, ауыл шаруашылығындағы химикаттар мен бояғыштарды орау үшін қолданылады. Поливинил спиртінен жасалған қабыршақ ыстық суда ериді, сонымен бірге бактериялармен ластанған киімді орауға және дезинфекциялау үшін пайдаланылады [10].

Катионды БАЗ (тетрадецилтриметиламмоний бромиді-ТДТМАBr) бен полиэлектролитен (ПЭ) (карбоксиметилхитин –КМХТ) тұратын жүйенің көбіктің және сулы ерітіндідегі екі ауа көпіршігінің арасында түзілетін микроскопиялық көбік қабыршағының (МКҚ) тұрақтылығына әсері зерттелген. Зерттелген БАЗ бен ПЭ көбік пен көбік қабыршағының өмір сүру уақытына күшті синергетикалық (аддитивті емес) әсер береді, бұл БАЗ-ПЭ комплексінің (ПЭК) түзілуімен түсіндіріледі. Комплекстің құрамы φ=[БАЗ]b/[ПЭ] сәйкес келеді және φ мәні өсіп, критикалық құрамға жеткенде (φ*=0.1) БАЗ молекулаларының ПЭ-мен байланысқан алкильді радикалдарының арасында болатын гидрофобты әрекеттесу нәтижесінде БАЗ-ПЭК молекуласында өзгерістер болады. Осыдан, ПЭ-тің макромолекулалы тізбегінің ішінде мицелла тәрізді калстерлер түзіледі. φ мәнінің өсуімен φ<0.1 аймағында көбіктің тұрақтылығының артуы байқалады, ал φ>φ*=0.1 болғанда тұрақтылық φ мәніне тәуелсіз болады. Осы жағдайларды, яғни, көбік пен МКҚ стериялық тұрақтылығын түсіндіретін механизм ұсынылған [19].

Сірненің фазааралық адсорбциялық қабаттарының және онымен тұрақтандырылған эмульсиялық қабыршақтарының қасиеттеріне натрийдің додецилсульфатының әсері қаралған. Ерітінді-декан шекарасындағы сірненің фазаарлық адсорбциялық қабаттарының (ФАҚ) және натрийдің додецилсульфатымен (ДДСNa) түзілген комплекстерінің реологиялық сипаттамалары (стационарлы ағу кернеуі, тұтқырлық) зерттелген. Алынған мәліметтерден тұрақты қабыршақтар ДДСNa мен сірненің белгілі бір қатынасында түзілетіндігі анықталды. ФАҚ комплексінің қабаттарының қалыңдығы жеке сірненің макромолекуласының түзетін қабатының қалыңдығымен салыстырғанда кіші және тұрақтылығы жоғары болатындығы көрсетілген [21].

 Натрийдің  додецилсульфаты (ДСН) мен цетилпиридиний  бромиді (ЦПБ) қоспасынан алынған  көбіктің тұрақтылығына макромолекулалардың  әсері зерттелген. Макромолекулалар ретінде сірне мен поливинилпиролидон (ПВП) таңдалынған. ДСН/ЦПБ қоспасына макромолекулаларды (сірне мен ПВП) қосу арқылы жақсы қасиеттерге ие болатын көбіктер алынған. Беттік керілу мен меншікті тұтқырлықты өлшеу ДСН/ЦПБ жүйесіне макромолекуланы қосқанда жүретін процестің механизмін сипаттауға мүмкіндік туғызады [22].      

Жоғары молекулалық флокулянттардың ионды беттік активті заттармен әрекеттесуі зерттелген [23]. Жұмыста анионды полиэлектролиттер (ПЭ) ретінде Magnaflok-156 және Magnaflok-1011 жоғары молекулалық модифицирленген плиакриламидтері, катионды полимер ретінде алкилакрилат пен акриламидтің төртіншілік аммоний тұздарының молекулалық массасы әр түрлі сополимерлері таңдалынған. Көбіктүзгіш  ретінде анионды БАЗ-дар додецил-, гексадецил- және октадецилпиридиний бромидтері алынған. Жүргізілген өлшеулер (тұтқырлық, электр өткізгіштік, жарық өткізгіштік және басқа да электрокинетикалық өлшеулер) бойынша ионды БАЗ бен оған қарама-қарсы зарядталған ПЭ-тің арасындағы электростатикалық әрекеттесулер нәтижесінде ионды комплекстер (тұздар), ал, адсорбцияланған БАЗ молекулалары арасындағы гидрофобты әрекеттесулер нәтижесінде мицеллалар түзіледі.

Полимерлі көбіктер тұрақтылығына алкилсульфонаттардың концетрациясының әсері зерттелген. Құрамына карбомидті шәйір, беттік активті зат (БАЗ) және қаттыландырғыш кіретін ерітінділерінен түзілген екі жақты қабыршақтардың өмір сүру уақыты мен жұқару кинетикасы зерттелген. Шәйір мен БАЗ негізіндегі қабыршақтардың жұқаруы жеке алкилсульфонаттарға қарағанда баяу жүреді. Шәйір молекуласының агрегациялануы БАЗ концентрациясымен анықталады. Қышқылды қосу шәйір олигомерлерінің поликонденсациялануын тездетеді және соңғы қабыршақ қалыңдығын 1,4-тен 2 мкм-ге дейін арттырады. БАЗ-дың артық мөлшері полимерлі қабыршақтардың өмір сүру уақытын азайтып, көбіктің толық бұзылуына әкеледі. Зерттеу нәтижелері полимерлі көбіктердің тұрақтылығын бағалау үшін қолданылған [26].