Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

Қиын өрттерді сөндіру  үшін кейінгі кездері синтетикалық көбіктүзгіштер фторланған түріне өз орнын беріп жатыр, бірақ олар қазірге дейін ғимарат ішіндегі өрт сөндіруге пайдаланылуда. Сондықтан оларды қарапайым канализация арқылы жоюға болмайды, себебі одан әрі микроағзалармен биоыдырауға ұшырап кетуі мүмкін. Алкиларилсульфонаттардың ароматты бөліктерінің биологиялық кермектігінің әсерінен олар алкиларилсульфонаттармен  салысырғанда қымбат болғандығына қарамастан біртіндеп қарапайым құрылысты алкилсульфаттармен ығыстырылуда.

Соңғы жылдары жалпы формуласы RO(C2H4O)nSO3Me, мұндағы n=2-3 болатын алкилполиоксиэтиленсульфоқышқылдар тұздары негізіндегі көбіктүзгіштер кең тарала бастады. Бұл қосылыстардың беттік активтігі жоғары, осы қасиетінің арқасында олардың негізінде ерітіндінің төмен концентрациясында (0,5%-ға дейін) көбіктүзгіштер дайындауға болады..

Протеинді және синтетикалық көбіктүзгіштер фторпротеинді қсопалардан алынат отырып біраз кемшіліктерден арылды. Олар ақуыз БАЗ-дары мен құрамында фтор бар БАЗ-дың қоспасы. Мұндай құрамды қоспалардан алынатын көбіктер ақуыздардың күшті қасиеттері – термо- және гидростатикалық тұрақтылығының жоғары болуында және құрамында фторкөміртекті БАЗ болғандықтан көмірсутектердің әсерінен ағып кету және инерттілік деген қасиеттеріне ие болады. Фторкөміртекті БАЗ-дар молекуласының полярсыз радикалы гидрофобты қасиеттерімен бірге олар олеофобты қасиет те көрсетеді, фторкөміртекті БАЗ-дардың сулы ерітінділері мен көміртектің шекарасындағы фазааралық керілу УБАЗ-дармен салыстырғанда жоғары болып келеді. Бұл қасиеттің арқасында құрамында фтор бар көбіктер жанғыш сұйықтықтармен ластануға инерттілігін қамтамасыз етеді, жанғыш сұйықтықтармен араластырған кезде көбіктер өрт сөндіргіш қасиеттерін сақтайды. ФБАЗ-дар ерітінділерінің беттік керілуі көптеген органикалық сұйықтықтардың юеттік керілуімен салыстырғанда төмен, және 16-18 мН/м-ді құрайды [4; 9].

Бұдан ертеректегі қоспаларда ФБАЗ ретінде фторалкилсульфоқышқылдардың анионды тұздарын пайдаланатын. Соңғы кездері құрылыстары төмендегідей болатын төртіншілік аммонийдің катионды тұздары мен амфолитті бетаиндері жиі қолданыста: RfR1SO2NR2+N(R3)(R4)(R5), где R1-(CH2)0-5; R2-(CH2)2-4; R3 R4-CH3; R5-(CH2)1-3 немесе (CH2)1-3COO-, Rf-F(CF2)6-10. Сонымен қатар оларға ұқсас қоспаның сульфотуынды қосылыстары пайдаланылады:  RfOCH2C(OH)HCH2N(R1)R-N(R2)(R3)Z, мұндағы R1- Н, алкил немесе гидроксиалкил; R - (CH2)2-4; R2 R3 - CH3; Z -(CH2)1-3COO- немесе О.

Әртүрлі үстемелер де басқа көбіктүзгіш қоспалар секілді мақсаттарға пайдаланылады. Фторпротеинді қоспалар пайда бола сала резервуардағы мұнай өнімдерін өшіру құралдарының ішінде негізгі рольге ие болып сол маңызын қазіргі күнге дейін сақтап келе жатыр. Қазіргі заманғы фторпротеинді қоспалар протеинді түрімен салыстырғанда құнының төмендігімен, сақталу мерзімінің ұзақтығымен ерекшеленеді. Фторорганикалық қосылыстар химиясы облысындағы соңғы зерттеулер фторпротеинді қоспаларға қабықша түзу қасиетін беруге мүмкіндік ашты. Фторпротеинді көбіктүзгіштерді ұшақтардағы апаттар кезінде ірі төгілістер болған кезде қолданады. 

Қабықша түзетін көбіктүзгіштердің пайда болуы әмбебап композициялардың қолданылу диапазонын одан да ұлғайтуға мүмкіндік берді. Әмбебап қоспалардың дамуының соңғы кезеңі болып орташа және жоғары еселікті көбік түзуге қабілет беру мәселелері саналды [4; 9].

Көбіктің еріткішке контактілік тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін және көбіктің жоғары термо- және гидротұрақтылығын қамтамасыз ету үшін полимердің көп мөлшері қажет. Бұл қоспаның гомогендігін қамтамасыз етуде біраз қиындықтар тудыруда. Композицияның қоюлануынан және еріткіш таңдаудағы мұқияттылық сақтау процесі кезіндегі қабатталып кетуідің алдын алады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ

 

2.1 Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

 

Негізгі көбік түзгіш ретінде беттік активті заттар (БАЗ) ОП-10, натрийдің додецилcульфаты (ДДСNa) C12H25OSO3Na, және цетилтриметиламмоний бромиді (ЦТАBr) C16H33N(CH3)3Br таңдалынып алынды. Ал тұрақтандырғыш ретінде – ионды емес полимер поливинил спирті (ПВС) (C2H4OH)n алынды.

 таңдап  алынды. 

ОП-10 - этиленнің моно- және диалкилфенолдарының тотығынан өңделген иондық емес беттік активті зат.

Химиялық формуласы:

ОП-10 дымқылдатқышы алуан түрлі технологиялық процестерде дымқылдаушы және эмульгирлеуші БАЗ ретінде қолданылады. Ол өртке қауіпті және 3-ші дәрежелі қауіптілікті көрсетеді.  ОП-10-ды сыйымдылығы 100-300 л болатын құрышталғын теміржол цистерналарында ұстайды.  Сақтау барысында құрышталған ыдыстың герметикалығын тексереді. Сақтау мерзімі жасалынған күннен бастап 1 жылды құрайды.

ОП-10-ның сыртқы көрінісі - ашық сарыдан ашық қоңыр түске дейінгі паста немесе май сияқты сұйықтық.  Негізгі қасиеті - ашық сарыдан ашық қоңырға дейінгі пасталар немесе май тәріздес сұйықтықтар әлсіз сілтілік немесе әлсіз қышқылдық реакцияларға ие, суда жақсы ериді. ОП-10 көмекші заттары өртке қауіпті. Қыздырғанда ашық жалыннан оталады. Жұтқанда қауіпті. Көз және теріні тітіркендіреді. Аллергиялық әсерге ие. Теріге тисе, түйіспелі дерматитке әкеледі. Егер көзге тисе, коньюктивитке шалдықтыруы мүмкін.

Өрт болған жағдайда - қорғаныш көзілдірігін кию қажет. Сөндіру үшін су, құрғақ ұнтақтар немесе газқұрамдылар пайдаланылады.

Поливинил спирті (ПВС, халықаралық атауы PVOH, PVA немесе PVAL) -  жасанды, суда ерігіш, термопластты, ионды емес полимер. ПВС синтезі негізді – қышқылды гидролизбен немесе күрделі эфирлердің алкоголиз реакциясымен жүзеге асады. ПВС-ті алудың негізгі шикізаты поливинилацетат саналады. Көптеген басқа полимерлер секілді поливинил спиртін өз мономері винил спиртінен алу мүмкін емес. Винил спиртін мономер ретінде алатын бірқатар реакциялар: мысалы, ацетиленге су қосу, монохлорэтиленнің гидролизі, этиленмонохлоргидриннің натрий негізімен реакциялары винил спиртінің емес ацетальдегидтің түзілуіне әкеледі. Бір қосылыста ацетальдегидтің және винил спиртінің таутомерлі кето-енолды формасы кездеседі. Соның ішінде кето – (ацетальдегид) анағұрлым тұрақты, сондықтан поливинил спиртін өз мономерінен алу мүмкін емес. Винил спиртінің таутомерлі кето - енолды    формасы мына формулада көрсетілген:

 

                         

 

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.

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 жіне дезинфекциялау үшін пайдаланылады.

Қазіргі кезде поливинил спиртін поливинил ацетат тәрізді жәй және күрделі эфирлерді қолданып, полимераналогты ауысу жолымен алады. Спиртті ортада поливинилацетатты жуу немесе суда негіз және қышқыл қатысында әр түрлі жууды қарастыруға болады. Поливинил спиртін алудың үш жолы бар: алкоголиз, сілтілі немесе қышқылды гидролиз және аминолиз. Жұмыста қолданылған поливинил спиртінің  молекулалық массасы: 89 негіз-моль/л, формуласы:

 

(— CH = C(OH) —)n —    поливинил спирт

 

Цетилтриметиламмоний бромиді (ЦТАБ)– катионды беттік активті зат. Суда ерігенде беттік активті катион және беттік активті емес анионға ыдырайды. Катионды беттік активті заттар (КБАЗ) құрамында N- бар органикалық қосылыстар және осы N-атомы протонданып, БАЗ-ға катиондық БАЗ-дың қасиетін береді. КБАЗ болғандықтан жақсы бактерицидтік қасиеті бар, сол себепті аз мөлшерде бактерицидтік жуғыш заттардың құрамына қосады. Жақсы көпіргіш. Цетилтриметил аммоний бромидінің молекулалық массасы – 364,46 г/моль, катионды детергент. Ерігіштігі 3 г/л. Құрамында ауыр металдар аз кездеседі – 0,001% кездеседі. Молекулалық массасы: 363 г/моль.

Формуласы: C16H33—N(CH3)2—CH2Br   —   цетилтриметиламмоний бромиді.

Натрийдің додецилсульфаты — натрий тұзының лаурилсульфоқышқылы, анионактивті беттік активті зат, кеңінен қолданылатын зат, әсіресе  тұрмыстық жуғыш заттардың құрамына: шампуньдерде, тіс пастасында, косметикада және  көбік түзуде қолданылады. Ақуыз электрофорезінде  ақуыз молекулаларының зарядтарын  нейтрализациялауда және денатурациялауда қолданылады. Лаурилсульфатты  күкіртқышқылын додеканолмен этерификациялау алуға болады. Молекулалық массасы: 288г/моль. Формуласы: C12H25SO4Na

Барлық беттік активті заттар тазалаусыз қолданылды, себебі, беттік керілудің изотермаларында минимумдардың болмауы қандайда да бір бөгде беттік активті қоспалардың жоқ екендігін дәлелдейді.

 

 

2.2 Зерттеу әдістері

 

2.2.1 Көбіктің негізгі көрсеткіштерін шайқау әдісімен анықтау

 

Көлемі 50 см3 тығыны бар цилиндрге көбіктүзгіш ерітіндісін құйып, 15 с бойы шайқайды. Шайқауды тоқтатқаннан кейін, түзілген көбік көлемін белгілейді. Кейін Одан кейін көбiктің көлемінің мөлшерінің өзгеруін t уақыт кезеңінде белгілеп, яғни көбік көлемі жартылай бұзылғанша уақытты өлшеп отырады. Өлшемді басында 1 минут сайын, ал кейін 5-10 минут сайын жүргізеді.

Алынған мәліметтер бойынша максималды көбік көлемінің, еселіктің және жартылай бұзылу уақыттың көбіктүзгіш концентрациясына тәуелділік графиктерін салынады. Көбік еселігі барботаж әдісіндегідей есептелінеді.

 

 

2.2.2 Беттік керілуді сталагмометрлік әдісімен зерттеу

 

Вертикал орналасқан түтікшеден тамшы үзілген сәтте тамшының салмағы (q) беттік керілу күшімен (Ғ) теңеседі. Мұндай күш тамшы шеңберінің бойымен әсер етіп, оның үзілуіне кедергі жасайды. Тамшы үзілген сәтте мынадай теңдеу алынады:

 

                                                q = F = 2πrσ,                                                          (5)

 

мұндағы, r – капиллярдыңкапиллярдың ішкі радиусы.

Әдетте тамшы сталагмометрлік түтікшенің ішкі капиллярының бойымен емес, ташы мойыншағынан үзіледі. Сондықтан беттік керілуді (σ) дәлірек анықтау үшін оның мәнін тамшы көлемі (v) мен капиллярдың радиусына тәуелді кэффициентке (К=f(v/r3)) көбейту керек.

Тамшының салмағын анықтау үшін сталагмометр қолданылады. Сталагмометр дегеніміз – кеңейтілген жері бар шыны түтікшені (1-сурет) айтады. Сталагмометрлік түтікшенің белгілі көлемін (v) БАЗ-бен толтырып, а және с белгінің арасындағы көлемнен ағатын сұйықтықтың тамшыларын санайды.

Тамшы салмағын

                                                 q = vpg/n                                                                (6)

 

теңдеуімен анықтайды. Мұндағы р – сұйықтықтың тығыздығы; g – еркін түсу үдеуі.

Капиллярдың радиусы (r) және коэффициент (К) шамаларын анықтау қиын болғандықтан, беттік керілуді екі сұйықтықтың тамшылар санын салыстыру арқылы табады. Салыстыратын сұйықтықтың беттік керілуі тәжірибенің температурасында белгілі. Мұндай жағдайда есептеу өрнегін алуға болады:

                                σх = σcm px ncm / pcm nx                                                              (7)

 

Мұндағы х индексі зерттелетін сұйықтық үшін (БАЗ), ал  сm индексі стандартты сұйықтық (су) үшін қолданылады. n деп 2-5 өлшеудің орташа шамасын алады.

Негізгі жұмыстың мақсаты: БАЗ ерітінділерінің ауамен шекарасындағы беттік керілуінің изотермаларын алу.

 

 

                                        

    

а,с – белгілер; в – кеңейтілген жері

 

2-сурет. Сталагмометрдің құрылысы

2.2.3 Беттік керілуді зерттеу әдістемесі

 

Ерітінділердің беттік керілуі Вильгельмидің батырылған пластинка әдісімен (БПӘ) өлшенді. Бұл дәлдігі жоғары әдістердің бірі болып табылады және бұл статикалық әдіс болғандықтан, беттік керілуі ұзақ уақыт бойы өзгеретін ерітінділер үшін қолайлы әдістердің бірі болып табылады.

Пластинаның сұйыққа тартылу күшінің дәлдігі ±10-6 кг болатын ВТ-5Q0 торзионды таразысының көмегімен өлшенді. Таразының табақшасы алынып, оның орнына қалыңдығы 0.06 мм, бұрыштары мен беті ыспаланған, платинадан жасалған пластинка ілінді. Ерітінділер көтерме үстелшеге орналастырылған термостатталған ұяшықта зерттелді. Ұяшықтағы температураны тұрақты ұстау үшін дәлдігі ±0.05°С U-2 термостаты қолданылды.

Шыны ұяшық пен платина пластинкасы әрбір өлшеудің алдында ыстық хромды қоспамен жуылып, дисттиллденген сумен мұқият шайылды.

Беттік керілу келесі түрде өлшенді: үстелшені көтеру арқылы таразыға ілінген пластинканың горизонтальді шетімен зерттелетін сұйыққа тигізілді. Тигізілген уақытта пласинка бірден сұйыққа батырылды, пластинка ылғи бірдей тереңдікке батырылды.

Беттік керілуді есептеу келесі теңдеумен жүргізілді:

 

                                                                                                                    (8)

 

мұндағы Р-пласинаның салмағы,кг;s-көлденең қимасының ауданы,м2;l-пластинканың ені; b-қалыңдығы (b<1); h-пластинканы батыру тереңдігі, м; d-зерттелген сұйықтың тығыздығы, кг/м3. Беттік керілу уақыт бойынша азаятындықтан (пластинка көтеріледі).

Сұйылтылған ерітінділердің беттік керілуін өлшегендіктен, ерітінділердің судың тығыздығы мен бірдей (d=1) деп санап, гидростатикалық түзетуді ескермеуге  болады. Бұл кезде σх келесі формуламен есептелінеді:

 

.g                                                             (9)

мұндағы σ0-берілген температурадағы судың беттік керілуі (мН/м);Р0-пластинканың суға тартылу күші (мг);σх,Рх-зерттелетін ерітіндінің беттік керілуі (мН/м) мен тартылу күші (мг). Өлшеулер 298К температурада жүргізілді.

 

2.2.4 Көбiктүзгіш қабілеттілігін және көбік тұрақтылығын анықтау Росс-Майлс әдісі