Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Сложное строение МАС подтверждается данными по длительномуформированию структуры МАС, отвечающей стационарным значениямреологических параметров слоя.73Этот вывод подтверждается результатами, полученными в работе [73].Авторами построена частичная фазовая диаграмма состояния системы ДСНЦС-вода (рис. 3.2.3(1)). На диаграмме обнаружена обширная область,характеризующаяся авторами как гель. Такие системы обычно содержатжидкокристаллическиефазы.Введениевреакционнуюсистемупредварительно приготовленной смеси ПАВ и со-ПАВ, образующихжидкокристаллическую фазу, обеспечило авторам получение устойчивойполимернойдисперсии.Можнопредположить,чторазрушениенадмолекулярной структуры в МАС заторможено и происходит за временнойинтервал,превышающийпериодпротеканияпроцессагетерофазнойполимеризации стирола.0,620,5Prs, мН/м0,40,310,230,10050100150200250300Время, минРис.
3.2.3(1) Зависимость предельного напряжения сдвига МАС (Prs) отвремени формирования слоя, полученного на границе раздела водныйраствор ДСН, 0.015 М, и толуольного раствора ЦС: 1 – 0.015 М; 2 – 0.030 М;3 – 0.045 М. Т = 295 К. Скорость деформации МАС составляет 1.8 с-1740,20,180,16Pss, мН/м0,1420,120,110,0830,060,040,020050100150200250300Время, минРис.
3.2.3(2) Зависимость стационарного напряжения вязкого теченияразрушенных структур МАС (Pss) от времени формирования слоя,полученного на границе раздела водный раствор ДСН, 0.015 М, итолуольного раствора ЦС: 1 – 0.015 М; 2 – 0.030 М; 3 – 0.045 М. Т = 295 К.Скорость деформации МАС составляет 1.8 с-1Следовательно, МАС в этих системах не может быть представлен ввиде смешанного монослоя водорастворимого (ДСН) и маслорастворимого(ЦС) ПАВ.
Наиболее вероятной структурой слоя, формирующегося в этихусловиях на межфазной границе, может рассматриваться тонкая пленка,содержащая жидкокристаллические фазы.Увеличение значения предельного напряжения МАС для всехисследуемых систем происходит в течение значительного промежуткавремени,начинаясмоментаустановления75контактаводнойиуглеводородной фаз.
Причем, при времени формирования тонкой пленки намежфазной границе менее 60 минут, не удается получить статистическидостоверные результаты, так как при временах менее 60 минут возникающиесдвиговые напряжения значительно отличаются от значений, получаемыхпри более продолжительном формировании тонкой пленки. В работеприведены результаты исследования реологических параметров МАС сиспользованием только одной системы регистрации сдвиговых напряженийдлякаждойисследуемойэкспериментальныерезультатысистемы,вчтопозволилопараллельныхполучитьсерияхопытов,различающихся на 5 % и менее.Определение условий проведения реологических испытаний МАС приразличных временах их формирования позволило установить, что для системс молярным соотношением ДСН/ЦС, равным 1:1 и 1:3, время достижениястационарныхзначенийпредельногонапряжениясдвигасоставляетпримерно 120 минут.
Для системы с молярным соотношением поверхностноактивных компонентов, равным 1:2, для выхода на стационарное значение P rsнеобходимо, как минимум, 180 минут. Аналогичная картина наблюдается идля зависимости Pss от времени формирования слоя на межфазной границе.Такое различие в значениях времени, необходимого для формированиятонкойпленки,характеризующейсястационарнымивеличинамиреологических параметров, может быть вызвано двумя причинами. Вопервых, необходимостью более продолжительного времени формированияструктуры МАС в системе с молярным соотношением ПАВ 1:2 из-заобразования более прочной структуры слоя, например, характеризующейсяменьшим числом дефектов. Это находит подтверждение в экспериментальноустановленном соотношении величин Prs и Pss для этой системы и систем смолярным соотношением поверхностно-активных компонентов 1:1 и 1:3.Действительно для системы с молярным соотношением компонентов,равным 1:2, эти величины имеют большие значения, особенно параметр Prs.
Вданной системе величина Pss имеет большее значение, чем параметр Prs для76системы,равнымхарактеризующейся1:3.отличающейсяТакже,навысокоймолярнымсоотношениемформированиепрочностью,структурывлияеткомпонентов,тонкойвремяпленки,достижениямаксимальных значений функций Prs и Pss. Например, для системы смолярным соотношением компонентов, равным 1:2, величина P ss перестаетизменяться более 5 % после 90 минут формирования межфазной пленки. Заэтот промежуток времени происходит сгущение массы ПАВ на межфазнойгранице, обеспечивающее постоянство значения стационарного напряжениясдвига разрушенной структуры МАС. То есть, при молярном соотношенииДСН и ЦС, равном 1:2, происходит образование максимального объемажидкокристаллической фазы на границе раздела фаз.Такимобразом,дляполучениянаиболеепрочнойпленки,сформированной из ДСН и ЦС, необходимо обеспечить молярноесоотношение ПАВ в контактирующих фазах, равное 1:2, и не менее 180минут для ее формирования.На рисунке 3.2.3(3) представлены зависимости развития напряжениясдвига в МАС при разной скорости деформирования МАС (с-1): 1 – 1.80; 2 –0.460; 3 – 0.180; 4 – 0.088; 5 – 0.018.
Полученные результаты показывают, чтопри скоростях вращения ячейки, в интервале 1.80 – 0.180 с-1 на кривыхразвития напряжения сдвига МАС от времени деформирования слоянаблюдаютсяэкстремальныеточки.Этиэкстремумысоответствуютпредельному напряжению разрушения структуры МАС. Такое поведениетонкой пленки, сформированной на границе раздела фаз, возможно приусловии неполной релаксации сдвиговых напряжений в структуре пленки.Таким образом, время воздействия сдвиговых напряжений на МАС,вызывающее его разрушение, оказывается меньше времени релаксациивнутренних напряжений жидкокристаллической фазы МАС. При условиимедленного наложения внешнего сдвигового напряжения на межфазнуюпленку происходит ее течение без разрушения.77Аналогичные зависимости развития напряжения сдвига в МАС вовремени получены и системы, содержащей смесь ДСН и ЦС, взятую примолярном соотношении поверхностно-активных компонентов, равном 1:1 и1:3.0,60,5Ps, мН/м0,40,3123450,20,100100200300400500Время, сРис.
3.2.3(3) Зависимости развития напряжения сдвига в МАС во временипроведения нагружения системы, сформированной на границе раздела фазводный раствор ДСН (0.015 М) и толуольный раствор ЦС (0.030 М).Скорости деформирования МАС (с-1): 1 – 1.80; 2 – 0.460; 3 – 0.180; 4 – 0.088;5 – 0.018. Т = 295 КНа основании экспериментальных зависимостей величины Pss отскорости деформирования слоя были построены кривые течения МАС ирассчитаны зависимости эффективной поверхности вязкости МАС (ε) отскорости деформирования слоя (рис. 3.2.3(5)).780,2Pss, мН/м20,180,1610,140,120,130,080,060,040,02γ, с -100,010,1110Рис.
3.2.3(4) Кривые течения МАС, сформированных на границе разделаводный раствор ДСН (0,015 М) и толуольный раствор ЦС. СоотношениеДСН/ЦС: 1 – 1:1; 2 – 1:2; 3 – 1:3. Время формирования МАС 180 минут. Т =295 Кη, мН·с/м54,54213,5332,521,510,5γ, с -100,010,1110Рис. 3.2.3(5) Зависимость эффективной вязкости МАС от скоростидеформирования пленок, сформированных на границе раздела водныйраствор ДСН (0,015 М) и толуольный раствор ЦС. Соотношение ДСН/ЦС: 1– 1:1; 2 – 1:2; 3 – 1:3. Время формирования МАС 180 минут.
Т = 295 К79Полученные результаты показывают, что МАС, сформированный изДСН и ЦС на границе раздела вода-толуол, при всех изученных молярныхсоотношенияхповерхностно-активныхкомпонентовхарактеризуютсяненьютоновским поведением в процессе наложения сдвиговых напряжений,вызывающих течение частично разрушенных или сохраняющих целостностьструктурвтонкомзазореэкспериментальнойустановки.Такоереологическое поведение характерно для структурированных тел, способныхсохранять целостность при нагрузках менее предела их прочности и, даже,причастичномразрушениисохранятьспособностьмеханическойстабилизации дисперсных систем по механизму структурно-механическогобарьера по Ребиндеру.Анализ полученных экспериментальных зависимостей Pss от скоростидеформирования показывает, что существует предельное напряжение сдвига,обеспечивающее начало течения структуры МАС (Pm).
Это значениеполучается при экстраполяции экспериментальных кривых на ось Pss, то есть,на значения, соответствующие скорости деформирования пленки, равнойнулю. Для системы с молярным соотношением ДСН и ЦС, равном 1:2, этавеличина равна 0.075 ± 0.007 мН/м, а для систем с молярным соотношением1:1 и 1:3 имеет одинаковое значение, равное 0.050 ± 0.005 мН/м.Полученные экспериментальные результаты позволяют рассчитатьзначения эффективного поверхностного модуля упругости МАС (Еэф) иструктурно-чувствительного фактора (α).Результаты расчета Еэф и α для систем с МАС, характеризующимсяразличным молярным соотношением ДСН и ЦС, представлены в таблице3.2.3(1).80Таблица 3.2.3(1) Зависимость эффективного модуля упругости (Еэф)отскорости деформирования МАС (Ý), его среднего значения (Ӗ эф) иструктурно-чувствительного фактора (α) от соотношения концентраций ДСНи ЦТ в объеме контактирующих водной и толуольной фаз, С(ДСН) = 0.015М.Время формирования МАС 180 минут.
Т = 295 КСоотношениеДСН/ЦС,М/М1:11:21:3Ẏ , с-1Е·10-4,мН/м1.86.1±1.10.467.3±1.50.188.4±1.31.88.8±1.50.469.2±1.50.1810.0±1.81.83.2±0.90.464.1±0.80.185.2±0.8Ӗ эф·10-4,мН/мα, нм7.3±2.531±79.3±2.426±64.2±1.898±12Полученные результаты показывают, что в исследованных системахвеличина Еэф зависит от скорости деформирования слоя. Это возможно вслучаеблизостизначенийвременналожениявнешнегосдвиговогонапряжения и времени релаксации внутренних напряжений в структуретонкой пленки, сформированной на границе раздела двух несмешивающихсяжидкостей.погрешностиОбнаруженноеэкспериментаизменениеиЕэфпроведенныхблизкокрасчетов,статистическойчтопозволяетусреднить полученные значения для всех скоростей деформирования МАС ив дальнейшем оперировать полученными средними значениями.Средние значения Еэф экстремально зависят от молярного соотношенияДСН и ЦС в контактирующих фазах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
