Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами icon

Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами



НазваниеРегулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами
Дата конвертации19.09.2012
Размер59.82 Kb.
ТипРеферат

Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами

д. т. н. Андреев Валерий Георгиевич

Кузнецкий институт информационных и управленческих технологий.
442500, Кузнецк, Пензенской обл., ул. Маяковского 83а.


andreev_vg@sura.ru


Рассмотрены проблемы стабилизации и снижения вязкости высококонцентрированных дисперсных систем на водной основе использованием полиэлектролитов, как катионных, так и анионных. Приведенные в работе теоретические модели и практические результаты могут быть использованы в производстве изделий технической керамики, при разработке лекарственных препаратов для снижения вязкости крови.


В производстве технической часто приходится решать задачу получения стабильных концентрированных дисперсных систем (суспензий, шликеров) на водной основе с низкой вязкостью. Это важно при операциях транспортировки дисперсных систем по трубопроводам, измельчения, сушки, формования и т.д. При этом необходимо предотвратить налипание дисперсных систем на стенки трубопроводов, реакторов и рабочие поверхности технологического оборудования. Похожие задачи встречаются и в медицине, например, снижения вязкости крови при высоком содержании эритроцитов, тромбоцитов и предотвращения формирования атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов.

В 1984 году, будучи аспирантом московского института стали и сплавов, и занимаясь проблемой снижения вязкости и повышения седиментационной устойчивости водных суспензий ферритовых и других оксидных порошков с размером частиц в пределах 0,01 - 5,0 мкм, я пришел к выводу, что значительных результатов можно достичь с помощью полиэлектролитов. Полученные результаты внедрены в серийное производство ферритовых изделий.

Введение как анионных (полиакрилаты, цитраты. полиметакрилаты натрия, калия аммония и т. д., карбоксиметилцеллюлоза), так и катионных (полиэтиленимин и ее соли с HCl, полидиметидлиаллиламмоний хлорид или ацетат, поливиниламин и т.д.) в количестве 0,1 - 1,0 % масс. позволяет снизить содержание воды в суспензиях с 40-50 до 20-30 % масс. при сохранении их высокой текучести. Полиэлектролиты позволяют получить высококонцентрированные и устойчивые водные суспензии с содержанием твердой фазы до 80 % масс., что снижает энергозатраты при сушке суспензий. Эффективность полиэлектролитов объясняется формированием двойного электрического слоя на поверхности частиц в результате адсорбции полиионов (рис. 1), что подтверждается высокими значениями ζ - потенциала поверхности частиц (в пределах 80 - 220 мВ). Одноименно заряженные частицы (отрицательно в случае адсорбции анионных полиэлектролитов, положительно в случае катионных) в результате действия кулоновских сил отталкивания дезагрегируются, снижается трение между ними, что повышает устойчивость суспензии и снижает ее вязкость.


png" name="graphics1" align=bottom width=601 height=315 border=0>


Рисунок 1. Схема образования двойного электрического слоя на поверхности частиц ферритов при введении в суспензию полиакрилата аммония.


Вязкость суспензий снижается и при введении натриевых, калиевых или аммонийных солей жирных кислот (олеиновой, линолевой), что также можно объяснить формированием двойного электрического слоя на поверхности частиц в результате адсорбции анионов жирных кислот, а также формированием сольватных слоев этих анионов.

Установлено также, что вязкость суспензий зависит от величины рН суспензии. Минимум вязкости соответствует 7,5 - 8,0 рН. Это можно объяснить следующим образом. При погружении частиц дисперсной фазы в водную среду происходит специфическая адсорбция всегда присутствующих в воде ионов Н3О+ и OH- на поверхность. Величины адсорбции ионов Н3О+ и OH- обусловлены особенностям химического состава, кристаллической структуры и состояния поверхности частиц дисперсной фазы. Свойства межфазных границ Lвода - дисперсная фаза¦ зависят также от поверхностного потенциала воды.

Известно, что в нейтральной среде поверхность воды имеет отрицательный потенциал -450 мВ, несмотря на то, что концентрация ионов [Н3О+] равна концентрации ионов [OH-] [1]. Ионы OH- по своему строению сильнее отличаются от строения молекул воды, чем ионы Н3О+, что и объясняет их повышенную поверхностную активность (рис.2). Поэтому, как правило, поверхность частиц в дисперсных системах заряжается отрицательно, что способствует снижению вязкости дисперсных систем благодаря уменьшению сил межчастичного трения в результате действия кулоновских сил взаимного отталкивания между частицами.




Рисунок .2. Схема строения иона Н3О+ , молекулы воды и иона OH-


Соотношение ионов Н3О+ и OH-, адсорбирующихся на поверхности воды, и, следовательно, потенциал поверхности воды, зависят от исходного соотношения ионов Н3О+ и OH- в воде, т. е. от кислотности (рН) водной среды. Это подтверждается данными, приведенными на рисунке 3.





^

Рисунок 3. Влияние рН на потенциал поверхности воды




Увеличение рН (щелочная среда) вызывает увеличение доли адсорбированных ионов OH- и, соответственно усиливает отрицательный заряд на поверхности воды. В кислой среде происходит снижение и последующая инверсия поверхностного потенциала. Величину рН, соответствующую нулевому потенциалу поверхности воды (5,4), назовем точкой нулевого заряда (ТНЗ).

Известно, что кровь человека и других живых организмов имеет щелочную реакцию. Отрицательный поверхностный потенциал поверхности воды обеспечивает формирование отрицательного потенциала на стенках кровеносных сосудов и поверхности эритроцитов. В результате возрастания кулоновских сил отталкивания между отрицательно заряженными поверхностями снижается вязкость крови и вероятность формирования атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов. Подкисление крови (ацидоз) в результате приема кислой пищи или других процессов может спровоцировать формирование тромбов. Аналогичные явления наблюдаются и в суспензиях керамических порошков. Как видно из данных, приведенных на рис.4, налипание суспензий Fe2O3 на поверхности пластин стали и оргстекла происходит в кислой и нейтральной средах. В основной среде налипания не происходит, а имеет место даже "растворение" налипшей массы и очистка пластин. В щелочной среде повышается седиментационная устойчивость суспензии и снижается вязкость.





Рисунок 4. Зависимость массы налипшего слоя на поверхности пластин из стали (1)

и оргстекла (2) при их погружении в суспензию частиц оксида железа с содержанием твердой фазы 70 % масс. и средним размером частиц 1 мкм от рН среды.


Концентрация адсорбированных ионов зависит от кривизны поверхности. Вблизи поверхности частицы равновесная концентрация адсорбированных ионов H3O+ повышена по сравнению с плоской поверхностью на величину [2]:





где С0 - концентрация адсорбированных ионов на плоской поверхности; Vр - равновесный объем иона; R - универсальная газовая постоянная; T - температура; Ds - понижение поверхностной энергии при адсорбции; r - радиус частиц.

Следовательно, потенциал поверхности частиц дисперсной фазы изменяется быстрее потенциала поверхности пластины. Поэтому в кислой среде, как правило, поверхность частиц имеет положительный потенциал, а на поверхности пластины еще сохраняется отрицательный потенциал, что служит причиной значительного возрастания налипания частиц к поверхности пластины.

Известно, что значительную роль в стабилизации свойств крови играют белковые вещества, являющиеся полиэлектролитами (альбумин, гепарин) и другие полиэлектролиты (например, цитрат натрия предотвращает сворачивание крови при хранении на воздухе) [3]. Полиэлектролиты, видимо, способны нейтрализовать инициирующие тромбоз ионы Са2+ путем их сорбции.

Использование полиэлектролитов для снижения вязкости суспензий может значительно влиять на процессы налипания. В керамическом производстве предпочтительнее использование устойчивых солей поликислот (например, триэтаноламиновые соли, натриевые и т.д.). Причем, содержание щелочи должно несколько превышать стехиометрический состав с целью формирования основной среды и уменьшения налипания. В случае использования солей полиоснований (полиэтилениминацетат, поливиниламин хлорид и т.д.) для формирования основной среды количество вводимой кислоты должно быть меньше стехиометрического состава. В суспензиях оксидов, содержащих в своем составе ионы щелочно-земельных металлов, часто наблюдается коагуляция частиц в результате формирования полимерных цепочек оксидов этих металлов в воде, проявляющих вяжущие свойства. Процессы коагуляции также удается предотвратить с помощью полиэлектролитов, разрушающих эти цепочки.

В заключении хочется отметить возможность использования полиэлектролитов при разработке лекарственных средств для снижения вязкости крови и, возможно, предотвращения формирования атеросклеротических бляшек. Эффективные препараты можно создать с использованием полиэлектролитов, нейтрализующих ионы Са2+ и обеспечивающие стабильность рН крови вблизи 7,36 благодаря большой буферной емкости.


Литература

  1. Colacicco G. Electrical potential of the water surface // Chem. Scripta. 1988. V.28, N.2. Р.141-144.

  2. Водорастворимые связующие вещества в технологии порошковых ферритовых материалов./Анциферов В.Н., Гончар А.В., Андреев В.Г. и др. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 1996.-189с.

  3. Маркосян А.А. Нормальная физиология.- М.: Медгиз, 1955. - 392 с.




Похожие:

Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconЛекция № Электроповерхностные свойства дисперсных систем. 1 Электрокинетические свойства дисперсных систем электрофорез, электроосмос, потенциал течения
Слой противоионов состоит из двух частей: 1 – притягивается к межфазной поверхности, 2 – находится в диффузионной части за счет дальнодействующих...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconПолучение дисперсных систем
Образование зародышей происходит спонтанно, и скорость образования зародышей выражалась уравнением
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconЛекция №10. Структурно-механические свойства дисперсных систем. 1 Идеальные реологические модели. Реология наука о деформации и течении тел
Модель Гука – консервативная система, т к вся энергия, затраченная на деформацию, возвращается после снятия напряжения; т е эта деформация...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconДокументы
...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconДокументы
1. /Пырков В.В. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика....
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconТихоновой Л. Я. зам директора по увр обеспечить подготовку, регулирование и контроль выполнения «Графика работ по внедрению в управление школой компьютеризированных информационных систем». Мануфричевой Н. В
«1С: ХроноГраф Школа 5» и «ХроноГраф 0 Мастер», и постепенного перехода на новые информационные технологии в управлении
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами icon24. Закон сохранениЯ и передаЧи момента импульса системы
Частичное решение этой задачи – определение части этих интегралов – импульс, полная энергия, Соответствующие законы сохранения есть...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами icon24. Закон сохранения и передачи момента импульса системы
Частичное решение этой задачи – определение части этих интегралов – импульс, полная энергия, Соответствующие законы сохранения есть...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconЛитература Предисловие
Системный подход, системное движение, анализ систем, теория систем, теория сложных систем, системология вот часть терминов и понятий,...
Регулирование реологических свойств высококонцентрированных дисперсных систем полиэлектролитами iconДипломных работ (Доц. В. Н. Белоозеров. Кафедра мультимедийных технологий и информационных систем) Система стандартизации информационных систем и процессов
Информационно-поисковый тезаурус как средство повышения эффективности информационных систем
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов