Transcript Document
Научно-образовательный центр по направлению «Нанотехнологии» ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ
Авторы: Е.В. Королев
д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ МГСУ;
А.С. Иноземцев
аспирант, инженер-испытатель НОЦ НТ МГСУ
2012 г.
Способы диспергирования
•
Ультразвуковая обработка
•
Интенсивное перемешивание (Re>2300)
•
Нагрев среды-носителя
•
Совместное воздействие ультразвука и поверхностно-активного вещества
•
Совместное воздействие теплового движения и поверхностно-активного вещества
d Разрушение агрегата под воздействием внешних cил
d t
t
max
Диспергирование ультразвуком
D
d
1
e
kt
d
d F
p 4
d
o 2 2
E k
d
o 2 4 1 2 1 2 2
k
− волновое число; Е − средняя по времени плотность энергии акустического поля; ρ − плотность среды; ρ f − плотность вещества модификатора;
f
Сила Бьеркнеса
F B
4
d
o 2 4
h
2 2 cos
− колебательная скорость; φ − сдвиг фаз пульсации частиц; h − расстояние между частицами F
Сила Бернулли
Be
3 2
d
o 2 6 2
h
2
ν − скорость движения частицы
Критерий Щукина – Ребиндера 12
kT r
2 Модель поверхностного натяжения 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 10 100 1000 10000 Радиус частиц, нм Закона Юнга
kT r
2 23 13 cos при θ → 180 о 13 23 cos Не выполняется 1 23 13 1 о При образовании нового вещества
Зависимость поверхностного натяжения от концентрации сульфанола и астраленов
обозначение: «А» – астралены
Изменение температуры дисперсной среды от продолжительности УЗО Схема адсорбции ПАВ на поверхности астраленов ПАВ Астралены
Vibra-Cell VCX 750
Используемое оборудование
Zetatrac NPA152-31A IKA C-MAG HS 7 Мощность ультразвука – 500 Вт Диапазон измерения: от 0,8 нм до 6,5 мкм Частоты вращения: от 100 до 1500 об/мин Температура: +20...+500°С
15 3 0 30
t
, мин
Дисперсный состав астраленов после УЗО
0,06 0,04 0,02 Диаметр частиц, мкм
состав: астралены – 0,005%, сульфанол – 0,01%
80 Дисперсный состав астраленов после нагревания
T
, o C
60 45 30
0,06 0,04 0,02 Диаметр частиц, мкм
состав: астралены – 0,005%, сульфанол – 0,01%
Гипсометрическое распределение Лапласа
n
1
n
2 exp
g
f
c
d
3
h
kT
6
d
n
1
d
n
2 ~
d
2 exp
d
n
1
dT n
2 ~
T
1 2 exp 1
T
Теория Смолуховского
n n
o
x
1 1 8 3
kT
n
o
μ – вязкость среды-носителя; n о – общее количество частиц
t
1
При T>X
Уравнение Гиббса Г
c RT d
dc
При T
Выводы:
1.
Ультразвуковая обработка не обеспечивает гомогенизации наноразмерных модификаторов: наибольший эффект наблюдается на начальном этапе обработки (не более 3 минут), при этом средний диаметр агрегатов уменьшается до 0,4…0,6 мкм (кинетические зависимости имеют близкий к периодическому характер, что вполне согласуется с природой ультразвука), а общее содержание частиц (агрегатов астраленов) с размерами <100 нм не превышает 15%.
2.
При тепловой обработке наблюдается протекание конкурирующих процессов: диффузионного переноса частиц, стремящегося повысить однородность дисперсной системы, и процесса коагуляции, приводящего к укрупнению агрегатов частиц, а, следовательно, интенсифицирующего их седиментацию. Причем при повышенных температурах коагуляция дополнительно усиливается уменьшением адсорбции ПАВ. При последующем снижении температуры коагуляция продолжается с меньшей интенсивностью вследствие влияния адсорбирующегося ПАВ и временного фактора. Адсорбция ПАВ незначительно позволяет увеличить количество агрегатов с размером <100 нм (количество указанной фракции не превышает 5%).
3.
Ультразвуковая обработка и тепловая гомогенизация наноразмерных модификаторов эффективны только при использовании среды-носителя лиофильной по отношению к модификатору.
Спасибо за внимание!
НОЦ «Нанотехнологии»: г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» тел.:
8-499-188-04-00
, www.nocnt.ru