Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

 

Кейбір жағдайларда көптеген елдердің синтетикалық жуғыш заттарды өндіретін өндіріс мекемелерінде құю әдісі (Росс-Майлс әдісі) деп аталатын көбік түзу процесі пайдаланылады. Росс-Майлс әдісте көбік калибрлі саңылау (1) арқылы ерітінді бетіндегі белгілі бір биіктіктен ерітіндінің құйылып түсуі нәтижесінде түзіледі. Осы әдіске негізделген прибор сызбанұсқасы 4 – суретте көрсетілген. Осы қондырғының фотосы 5-суретте келтірілген.

Бұл қондырғының конструкциясына ерекше талаптар қойылады. Жеке түйіндерінің өлшемі қатаң түрде регламенттелуі керек. Сұйықтық ағатын калибрленген түтіктің шеті және оське перпендикуляр қима тегіс болуы керек. Прибордың жұмыс жасау режимі (құйылатын ерітінді көлемі, оның түсу жылдамдығы, ыдыстағы ерітінді көлемі) тұрақты болуы керек.

 

                      

 

 

3-сурет. Росс-Майлс қондырғының сызбанұсқасы

 

             

4-сурет. Росс-Майлс қондырғысы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.5 Көбіктүзуші сулы ерітінділердің рН-ын зерттеу

 

Көбік түзушіерітінділердің рН-мәнін өлшеуде шыны және хлор күмсі электродтар бар иономер арқылы жүргізіледі, тәжірибе температураларының (20±0,1)0С дәлдікпен аталынып (тұрақтандырылып) отырды, өлшеу дәлдігі ±0,05 бірлік рН мәнін құрайды.

 

 

2.2.6 Тұтқырлықты вискозиметр арқылы анықтау

 

Тұтқырлық  - сұйықтар мен газдардың негізгі қасиеттерінің бірі.

Салыстырмалы тұтқырлық - ерітіндінің капиллярлы вискозиметр түтікшесінен өту уақытының, еріткіштің өту уақытының (бірдей жағдайда өлшенген) мәндерінің қатынасына тең болады.

                                                                                            (10)

немесе сол бір вискозиметр үшін нақты бірдей жағдайлардағы мәнін пайдаланады:

                                                                             (11)

мұндағы τ және τ0 – ерітінді мен еріткіштің түтіктен ағып өтетін уақыты, d, d0 – ерітінді мен еріткіштің тығыздықтары. Өте сұйылтылған ерітінділер үшін болса, онда

          .                                                              (12)

Меншікті тұтқырлық - ерітінді мен еріткіштің тұтқырлықтарының айырмасының еріткіш тұтқырлығына қатынасын көрсетеді.

                                              (13)

Меншікті тұтқырлықтың еріткіштегі полимердің концентрациясына қатынасы келтірілген тұтқырлық деп аталады. Полимер концентрациясын С деп белгілесек:

                    .                                              (14)

Концентрация өскен сайын сұйытылған ерітінділердің меншікті, салыстырмалы және келтірілген тұтқырлықтары өседі.

 

 

                           

 

 

      5-сурет. Оствальдің капиллярлы вискозиметрі

 

Вискозиметрдің бір тізесі капиллярлы түтік болып келеді. Судың белгілі бір көлемін вискозиметрдің кең тізесіне құяды, ал одан кейін грушамен басқа тізеге оның деңгейі А белгісінен біраз жоғары болғанша құяды, және грушаны алып тастап, осы деңгейдің тұрақталуын бақылайды. Мениск А белгісінен өткен кезде, секундомерді қосады, ал В белгісінен өткен кезде - тоқтатады. Осылайша судың А және В белгілері арасында өту уақытын табады. Сұйықтың ламинарлы ағысы кезінде l ұзындығы бар капилляр арқылы осы көлемді өту уақыты сондай болады. Осылайша зерттелетін сұйықтың А және Б белгілері арасында өтудің τ уақытын анықтайды.

 

 

2.2.7 ОП-10 – ПВС композициясының жұғуға және адгезияға әсерін зерттеу. Жұғу бұрышын Гониометр ЛК-1 аппаратымен анықтау

 

Жұғу бұрышын (θ) анықтауды гониометрлік құрылғысы және             арнайы қозғалмалы тақтайшасы бар горизонтальді микроскоппен жүргізген. Қозғалмалы тақтайшаға тамшының  буланып, жойылып кетпеуі үшін  тамшы үстінен қаныққан будың  тепе – тең қысымын жасайтын  төртбұрышты кювета орналастырылады. Жұғу бұрышын жанама салумен өлшеніледі, өлшеу қатесі ± 0,5.

Тәжірибелік жұмыста жұғуды анықтау кезінде қалыңдығы 3 мм     кварц пластинкасы және техникалық тефлон пластинкалары (3мм) қолданылды. Жұғу бұрышын анықтар кезде алдымен судың өлшемімен тексерілді. Пластинкалар пайдалану алдында тазалау сатысынан өтті.  Әдістеме бойынша  жасалынған хром қоспасы   дайындалады,  яғни  фарфор стаканға 5 – 6 г K2Cr2O7 – ты 10 мл Н2О дистиллденген сумен ерітіп, 100 мл күкірт                         қышқылымен (Н2SO4) араластырылады. Ерітіндіні суытып алып, ыдыстарды абайлап тазалауға болады [39].

Құрал жатушы тамшының әдісімен  жұғу бұрышын өлшеуге     арналған. Құрал  жатушы тамшы суретін сандық видеокамера көмегімен алуға, суретті компьютерге экспорттауға, жұғу бұрышын жанама                  және лаппас теңдеуімен тамшы контур формасы көмегімен                        анықтауға мүмкіншілік береді.

 

        

 

6-сурет. Гониометр ЛК-1 аппараты

 

Жұмыс алдында құралды берік горизонтальды беттке  бекіту.                       Айнаны орнату. Видеоокулярды горизонтальды микроскопқа                      орнату. Жарық ретінде  күндізгі жарық немесе лампа жарығы                      айнаға бағыттап пайдаланады.  Бағдарламаны орнату.

Жұмыс реті. Үстелшені дайындап, микрошприцтарды сұйық        фазамен толтыру. Компьютерді қосу, DropShape     бағдарламасын      іске қосу. Жаңа проект жасау (меню Файл - Создать). Камерадан суретті  қоршап алу модулін активирлеу (меню Файл - Захват).  Қоршап алған соң    жұғу бұрышын өлшеуге кірісуге болады. Сол контактты бұрыш  және оң контактты  бұрыш  команда көмегімен тамшы профиліне жанама жүргіздіру керек.  Бұрышты өлшеу командасын активтеу.  Негізгі терезенің төменгі бөлімінде оң және сол бұрышының өлшемдері және орташа бұрыш мәні шығады.                    Зерттеу нәтижелерін сақтайды (Файл - Сохранить)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ

 

3.1 БАЗ-ПВС негізінде алынған композициялық көбіктер

 

Көбіктердің қолданылу аймағы кеңейген сайын жаңа қасиеттері бар көбіктер алу жолдарын іздестіруге арналған жұмыстар қарқынды даму үстінде екені белгілі. Осыған орай, жаңа қасиеттері бар көбіктер алу маңызды мәселе болып табылады.

Жаңа көбіктер алу мақсатында табиғаты әр түрлі беттік активті заттар мен ПВС композициялық ерітінділерінің көбіктүзгіштігі мен көбіктерінің тұрақтылығы зерттелген.

Алғашында ПВС-тің сулы ерітінділері үшін БАЗ қатысынсыз көбіктүзгіштігі зерттелді. Содан соң ОП-10 БАЗ-ның көбіктүзгіштігі, соңынан ПВС және ОП-10 екеуінің қоспасы алынып, оның да көбіктүзгіштігі зерттелді. Барлық ерітінділердің рҺ мәні 6-7 аралығында болды.

 

1 – 0,1моль/л  ОП-10; 2 – 0,1 моль/л ПВС – ОП-10 композициясы

 

7– сурет. ОП-10 ерітіндісі мен ПВС-ОП-10 композицияларынан алынған көбік синерезисінің кинетикасы

 

7 – суретте ОП-10 және ПВС-ОП-10 композициясының 0,1 моль/л концентрациясының көбіктенуі барботаж әдісімен зерттелген. Суреттен көрініп тұрғандай, ең жоғары концентрацияда ОП-10-ның көбік тұрақтылығы жоғары. Ал композиция көбігінің тұрақтылығы одан арта түскенін байқаймыз.

Салыстырмалы концентрациясы n=1*10-3÷1 аралығындағы БАЗ-ПВС композицияларының ерітінділері дайындалған.  8, 9 – суреттерде ДДСNa және ЦТАБ ерітінділерінен және олардың  ПВС-пен ерітінділерінің композицияларынан алынған көбіктердің синерезисінің кинетикалық қисықтары көрсетілген.

Суреттерден көретініміздей БАЗ концентрациясының артуымен және салыстырмалы концентрацияның артуымен көбік тұрақтылығы арта түсетіндігі байқалады. БАЗ-ПВС композицияларының ішінен тұрақтылығы жоғары көбіктер салыстырмалы концентрациясы n=1 болғанда алынған.

 

 

1 - 0,01; 2 -0,1н ДДСNa; 3 - n=0,1; 4 - n=1 ДДСNa-ПВС

 

8 – сурет. ДДСNa ерітіндісі мен ДДСNa-ПВС композицияларынан алынған көбік синерезисінің кинетикасы

 

 

Көбік каналдарынан сұйықтың ағуы бойынша да көбіктің тұрақтылығын бағалауға болады. БАЗ-ПВС қоспаларының концентрациясының артуымен сұйықтың ағуы баяулайды, яғни көбіктер сұйықты жақсы ұстап тұрады.

ПВС молекуласында су молекулаларымен сутектiк байланыстар түзетiн (-ОН) тармақталқан тiзбектер мен полярлы топтар бар. Мұндай стабилизаторлар өте тиiмдi болып саналады.

 

 

 

 

1 - 0,1н  ЦТАБ; 2 - n=0,1; 3 - n=1 ЦТАБ-ПВС

 

9 – сурет.  ЦТАБ ерітінділерінен алынған көбік синерезисінің кинетикасы

 

 

Мүмкін, бұл жерде ерітіндінің құрамына кіретін анионды ДДСNa мен ионсыз ПВС арасында сутектiк байланыстар нәтижесінде ассоциаттар түзіледі. Оны төменде көрсетілген реакция арқылы дәлелдеуге болады:

 

 

Көбiк тұрақтылығының өсуi ионсыз стабилизатор мен сульфат топтары бар анионды ДДСNa молекулаларынан тұратын аралас мицеллалардың түзiлуiне байланысты болады.

ЦТАБ ерітінділері үшін ПВС-ті қосқанда көбік тұрақтылығы артады (6-сурет). Мұнда да мүмкін ЦТАБтің амин топтары және ПВСтің -ОН топтары арасында сутектiк байланыстар нәтижесінде ассоциаттар түзіледі. Оны мынадай реакция арқылы дәлелдеуге болады:

 

 

Иондық емес БАЗ-дың қолданылу саласы орасан кең. Мысалы, жуғыш детергенттердің құрамында тазартқыш ретінде, талшықтарды тазалау үшін, өрт сөндіруде т.б. қолданылады. ОП-10 – иондық емес БАЗ. Оның қасиеттері қызығушылық танытқан соң, оны жекелеу және алынған композиттің қасиеттері одан ары зерттелді. Барботаж әдісінен басқа ерітіндінің көбіктүзгіштігін шайқау әдісі арқылы зерттеуге болады.

ОП-10 ионсыз БАЗ-дың көбіктүзгіштік қасиеті жақсы. Бірақ оған ПВС-ті қосқанда, алынған композицияның көбіктүзгіш қасиеті біршама артып, көбік тұрақтана түседі. ОП-10 және ПВС аралығындағы әрекеттесуді төмендегі реакция арқылы көре аламыз:

 

1-ПВС; 2-ОП-10; 3-ПВС және ОП-10 қоспасы

 

10 - сурет.  Шайқау әдісімен көбік тұрақтылығын анықтау

 

 

Алынған бастапқы заттар мен композиттердің көбік тұрақтылығын зерттеу үшін барботаж әдісімен қатар, шайқау әдісі арқылы да анықталды. 10, 11 - суреттерден көрініп тұрғандай, жеке заттарға қарағанда, көбіктің тұру уақыты, көлемі де жоғары. Концентрация өскен сайын көбіктің тұрақтылығы да арта түсетіні анықталды.

 

 

 

 

 

1-ПВС; 2-ОП-10; 3-ПВС және ОП-10 қоспасы

 

11-сурет. Шайқау әдісімен максималды көбік көлемін анықтау

 

 

       

1-ПВС; 2-ОП-10; 3-ПВС және ОП-10 қоспасы

 

12 - сурет . Шайқау әдісімен көбік тұрақтылығын анықтау

 

Көбіктердің тұрақтылығының жоғарлаудың тағы бір себебі - жоғары молекулалық қосылыс - ПВС қосылуынан ерітіндінің тұтқырлығының артуымен түсіндіруге болады. Сонымен бірге, ерітіндінің салыстырмалы концентрациясының артуымен көбік тұрақтылығының да артуы жүйедегі БАЗ мөлшерінің көбеюіне байланысты.    

1-ПВС; 2-ОП-10; 3-ПВС және ОП-10 қоспасы

 

13 - сурет. Шайқау әдісімен көбік еселігін анықтау

 

Композициялық көбіктүзгіштердің тиімділігінің жоғары болуы беттік активті болып келетін бастапқы заттарға қарағанда үлкен болып келетін ассоциаттардың түзілуімен түсіндіріледі.

Алынған көбіктердің еселену саны өрт сөндіргіш көбіктердің еселену сандарымен сәйкес келеді. Сондықтан оларды өрт сөндіруде және құрылыс материалдары өндiрiсiнде қолдануға болады.

 

 

 3.2 Композициялық көбіктүзгіштердің беттік керілуі

 

ПВС-тің қолданылу аймағы кең болғанымен, әдебиеттерде оның беттік активтілігі, фазааралық шекарадағы адсорбциялануы туралы мәліметтер аз. ПВС-тің адсорбциялануының ерекшеліктерін зерттей отырып, оның қолданылуының жаңа бағыттарын айқындауға болады, соның ішінде дисперсті жүйелердегі коллоидты-химиялық процестерді басқаруға мүмкіндік туады. Осымен бірге, ПВС-тің негізінде синтезделетін жаңа жоғары молекулалы БАЗ (ЖМБАЗ) топтарын алу, ПВС-тің беттік активтілігін зерттеуге қызығушылық тудырады.

 

 

 

1-ПВС және ОП-10 қоспасы.; 2-ОП-10; 3- ПВС

 

14 - сурет. ПВС, ОП-10 және композиция ерітінділерінің әр түрлі концентрациялардағы беттік керілуінің изотермасы

 

Мицелла түзгіш БАЗ-дардың (МТБАЗ) ПВС-пен сулы ерітінділерінің өзара әрекеттесу ерекшеліктерін олардың беттік керілулерінің изотермаларынан көрінеді.

 

 

1 - ПВС; 2 – ДДСNa; 3 – ПВС және ДДСNa қоспасы

 

15 – сурет.  Беттік керілу изотермасы

 

14,15,16-суреттерден жеке БАЗ компоненттерінің ерітінділеріне қарағанда БАЗ-ПВС бинарлы ерітінділері үшін беттік керілудің тепе-теңдік шамасы жылдам орнығатынын және БАЗ ерітінділерінің изотермаларынан төмен өтетінін көреміз. Бұл фазааралық бетте макромолекулаларының сегменттерінің оптималды дифференциациясымен жүретін БАЗ-ПВС аралас фазааралық адсорбциялық қабатының түзілуімен түсіндіріледі. Сонымен қатар, беттік керілу изотермаларынан ДДСNa-ПВС композицияларының  МТКК мәні жеке БАЗ ерітінділерімен салыстырғанда төменгі концентрациялар аймағына қарай ығысатындығын көреміз, бұл жаңа беттік активті поликомплекстің түзілуін дәлелдейді. Ал, ЦТАБ-ПВС композицияларында жеке БАЗ ерітінділерінен ондай өзгешелік байқалмайды.