Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

На рис. 2.15показана диаграмма полной потенциальной энергии взаимодействия двухэлектростатически стабилизированных частиц [74]. Если высота первичногоминимума достаточно велика, то скорость коагуляции частиц становитсямедленнойисистемапроявляетдлительную(термодинамическую)79стабильность. Если глубина первичного минимума достаточно велика, можетпроизойтикоагуляциявслучаедостаточнойконстантыскоростипреодоления первичного максимума [74].Полимерная стабилизация основана на том, что пространственныеразмеры высокомолекулярных соединений сопоставимы с диапазономдействия сил лондоновского притяжения между частицами.

Вследствие этогомакромолекулы, присоединенные к поверхности частичек путем прививкиили адсорбции, способны образовывать «слой», препятствующий коагуляции(стерическая стабилизация). Другим способом является стабилизация путемвытеснения, когда макромолекула не присоединяется к поверхности, анаходится в свободном состоянии в растворе [74].Рис. 2.15. Диаграмма зависимости полной потенциальной энергиивзаимодействия двух электростатически стабилизированных частиц отрасстояния между ними [74].Вслучаеполимернойстабилизациипотенциальнаяэнергиявзаимодействия частиц на расстоянии h в присутствии полимера и без неговыражается следующим образом:hVP ( Г , h)  VP (0, h)   ( f  f 0 )dh  2 ГГ 0(h)    () dГ ,(2.37)80где Г – поверхностная концентрация полимера, μ – химическийпотенциалполимера.Такимобразом,эффективностьстерическогоотталкивания зависит от химического потенциала полимерных сегментов,определяемых количеством полимера на поверхности, а также расстоянием h.2.2.Способыирезультатыэкспериментальногоопределениямежфазного натяжения в системе жидкость-жидкость (водамасло)Межфазное натяжение определяли в системе, используемой нами дляполучения эмульсии капсулянта, а именно, вода – раствор ПАВ в толуоле.ИсследовалиспособностьпрактическиприменяемыхAlkamulsOR/36сниженияэмульгаторов(этоксилированное(алкиларилсульфонатповерхностногокальция).подкасторовоеРезультатынатяженияторговымимасло)измеренияидлямаркамиAtlox4838bмежфазногонатяжения различными методами представлены ниже.Метод кольца.

Данный метод определения межфазного натяженияосуществлялся на тензиометре К100. Основной рабочий элемент прибора –кольцо, выполненное из платиноиридиевого сплава. Кольцо с жидкостьюподнимают до тех пор, пока не регистрируется предельное растяжение.Расчет производится по формуле:Fmax  FV,L cos (2.38)где Fmax – максимальная нагрузка на кольцо, FV – вес жидкости подкольцом, L – длина смачиваемой поверхности (сумма внутреннего ивнешнего диаметров кольца), Θ – краевой угол между кольцом и жидкостью(при максимальном натяжении Θ=0, cosΘ=1).Исследовали образец объемом 20 мл с соотношением фаз вода :раствор ПАВ в толуоле = 1:1.

Эксперимент для каждого значенияконцентрации ПАВ проводили не менее 5 раз. Погрешность измерения не81превышает10%.Зависимостьзначениямежфазногонатяженияотконцентрации эмульгатора представлена ниже (рис. 2.16).Методпластины.Измеренияпометодупластинытакжеосуществлялись на тензиометре К100.

Пластина прибора выполнена иззагрубелой платины. Пластину с жидкостью поднимают до тех пор, покафиксируетсявзаимодействиепластиной, т.е. доповерхностиисследуемойрегистрирования максимальнойжидкостинагрузки.сРасчетмежфазного натяжения рассчитывается по формуле:F,L cos (2.39)где F – нагрузка на подвес, L – длина смачиваемой поверхности, Θ –краевой угол между кольцом и пластиной (Θ=0, cosΘ=1, т.к.

пластинавыполнена из хорошо смачиваемого материала). Исследовали образецобъемом 20 мл с соотношением фаз вода:раствор ПАВ в толуоле = 1:1.Эксперимент для каждого значения концентрации ПАВ проводили не менее5 раз. Погрешность измерения не превышает 10%. Зависимость значениямежфазного натяжения от концентрации эмульгатора представлена на рис.2.17.Метод счета капель (сталагмометрический). Расчет по данномуметоду производили с помощью сталагмометра, в качестве эталоннойжидкости использовали гексан.

В ходе эксперимента раствор ПАВ в толуоле«вкапывали»вобъемводы.Экспериментдлякаждогозначенияконцентрации ПАВ проводили не менее 5 раз. Межфазное натяжение приэтом определяли по формуле: 0n0 ,n 0(2.40)Где σ0 – межфазное натяжение эталонной жидкости, мДж/м2; n0 и n –число капель эталонной и исследуемой жидкости; ρ0 и ρ – плотностиэталонной и исследуемой жидкости, г/см3.

Погрешность измерения не82превышает15%.Зависимостьзначениямежфазногонатяженияотконцентрации эмульгатора представлена ниже (рис. 2.18).Рис. 2.16. Зависимость изменения межфазного натяжения в системе водараствор ПАВ в толуоле от концентрации ПАВ (метод кольца). Отсечкамиобозначены доверительные интервалы.Рис. 2.17. Зависимость изменения межфазного натяжения в системе водараствор ПАВ в толуоле от концентрации ПАВ (метод пластины).Отсечками обозначены доверительные интервалы.83Рис. 2.18.

Зависимость изменения межфазного натяжения в системе водараствор ПАВ в толуоле от концентрации ПАВ (сталагмометрическийметод). Отсечками обозначены доверительные интервалы.Таким образом, измерения межфазного натяжения показывают, чтоувеличение концентрации поверхностно-активного вещества свыше 1,5%масс. нецелесообразно, т.к. дальнейшее повышение количества ПАВ необеспечиваетснижениямежфазногонатяженияболееопределенныхзначений.2.2.4. Теория и практика оценки значений критического межфазногонатяжения самодиспергирования с использованием основ формальнойаналогии процессов с фазовыми превращениямиКакупоминалосьранее,параметром,определяющимбарьерсамодиспергирования, является межфазное натяжение [72]. При снижениипоследнего до некоторых, очень малых, критических значений происходиткомпенсацияувеличенияэнергииГиббсаприобразованииновойповерхности ∆G=0.

Для численной оценки критического межфазногонатяжения, необходимого для осуществления самодиспергирования всистеме, приравняем к нулю уравнение (2.8), а затем выразим из него σ:84 кр TkNa ln N /  r0  0 2 ,N 4r 2r2(2.41)Следует отметить, что условие ΔG=0 выполняется только при оченьмалых значениях σкр≈10-8-10-10 Дж/м2, а также малых размерах капельr≈10-610-9 м.

Возможно достижение условий самодиспергирования только за счетувеличения свободной энергии смешения при увеличении дисперсностифазы до молекулярных значений. Однако, это не имеет прямого отношения ксамодиспергированию на межфазной границе [72].Рассмотрим подробнее выражение (2.41). Входящий в него параметр N– число молекул дисперсной среды (воды), можно представить в видеV0 1    в N aMв.вN(2.42)Учитывая (2.4) и (2.42) и переходя к параметрам масляной фазы(индексы «м»), запишем выражение (2.41) в форме, принятой в работе [80]: кр24r0  0 Tk 14 1    М N a r 3 2 [ln]M MTk  .4r   1    3(2.43)Сравним (2.31) с уравнением, полученным авторами [80] длявыражения критического межфазного натяжения: кр  Tk,d2(2.44)где γ – эмпирический коэффициент, пропорциональный ln(N/ν),который авторы [80] принимают равным γ≈15-30, d–диаметр частицдисперсной фазы.

В результате сопоставления получим, что то14 (1   )  M N a r 3 4r0  0,ln (1   ) 3M MTk2есть,значениеγможнорассчитать(2.45)поэкспериментальноизмеренным величинам, кроме того, «γ» зависит от состава исходнойсистемы. При обычно реализуемых в случае эмульсий величинах r=10-6 м;υ=0,1; ММ=200∙10-3 кг/моль; ρМ=900 кг/м3 получаем γ=9,44 и σкр=3,88∙10-8Дж/м2.852.3.Практика получения водных эмульсий растворов капсулянтов ворганических растворителяхВодныеэмульсии,предлагаемыедляиспользованиякачествекапсулирующих агентов при заключении гранул в оболочки, получалинесколькими способами, приведенными ниже.Исходные вещества для получения водных эмульсий растворовкапсулянтов:1.

Полиэтилен гранулированный высокого давления. ГОСТ 10803 – 020.Производитель «Полимер», г. Новополоцк, респ. Беларусь.2. Толуол, х.ч. Производитель «База № 1 Химреактивов»3. Изооктан, х.ч. Производитель «Компонент реактив»4. Азотная кислота, х.ч. Производитель «Компонент реактив»5.

Вода дистиллированная6. ПАВ торговой марки AlkamulsOR/36, производитель Rhodia.7. ПАВ торговой марки Atlox4838b, производитель Croda.В качестве масляной фазы во всех способах использовали раствор ПЭ ворганическом растворителе. Раствор готовили при значительном нагревании(на 5-7 ºС ниже температуры кипения растворителя) и перемешивании намагнитной мешалке. Далее раствор остужали до комнатной температуры,одновременно визуально определяя степень растворимости ПЭ (принедостаточной растворимости при охлаждении в растворе появлялиськоагуляты полимера, в таком случае растворение продолжали). Максимальнодостигнутая массовая доля ПЭ в растворителе – 1,2%.Размер капель эмульсии определяли с помощью установки, схемакоторой представлена на рисунке 2.19.86Рис.

2.19. Схема установки для определения размера капель эмульсии.1 - регулируемый источник питания, 2 - измерительная ячейка, 3 - объективмикроскопа, 4 - матрица видеокамеры, 5 – ПК (персональный компьютер), 6- программное обеспечение видеозаписи, 7 - карта видеозахвата 8 - диск длязаписи данных.Установка позволяет получать видеоряд в качестве инструментальнойзаписи с оптического микроскопа с увеличением (х103) двухмерногоизображения в тонком (δ=0,5мм) слое эмульсии. После цифровой обработкикаждый кадр видеоряда представлял собой микрофотографию, которая затемобрабатывалась для определения размера капель, захваченных в объективоптического микроскопа. Для определения размера капель образца однойэмульсии делали не менее 20-ти фотографий.2.3.1. Эмульгирование с использованием готовых ПАВЭмульгирование проводили на установке, представленной на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации