ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ
Post on 29-Jan-2016
46 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВНАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ
Авторы: Е.В. Королев Авторы: Е.В. Королев д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ МГСУ;д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ МГСУ;
А.С. Иноземцев А.С. Иноземцев аспирант, инженер-испытатель НОЦ НТ МГСУаспирант, инженер-испытатель НОЦ НТ МГСУ
2012 г.
Научно-образовательный центр по направлению «Нанотехнологии» ФГБОУ ВПО «МГСУ»Научно-образовательный центр по направлению «Нанотехнологии» ФГБОУ ВПО «МГСУ»
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
Диспергирование ультразвукомДиспергирование ультразвуком
Разрушение агрегата под воздействием внешних cил
224
o
2o
p2
11
224
d
kE
dF
− волновое число; Е − средняя по времени плотность энергии акустического поля;ρ − плотность среды; ρf − плотность вещества модификатора;
f
k
cos2
4 2
24o
h
dFB
− колебательная скорость; φ − сдвиг фаз пульсации частиц; h − расстояние между частицами
2
26o
22
3
h
dFBe
ν − скорость движения частицы
Сила БернуллиСила Бернулли
Сила БьеркнесаСила Бьеркнеса
ktedDdtd 1
dtdtt max
Критерий Щукина – РебиндераКритерий Щукина – Ребиндера
212 r
kT
cos13232r
kTЗакона Юнга Закона Юнга
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
10 100 1000 10000
Радиус частиц, нм
Пов
ерхн
остн
ое н
атяж
ение
, м
Н/м
Модель поверхностного натяженияМодель поверхностного натяжения
1cos13
23
113
23
при θ → 180о при θ → 0о
Не выполняетсяПри образовании нового вещества
обозначение: «А» – астралены
ПАВ
Астралены
Зависимость поверхностного натяженияЗависимость поверхностного натяжения от концентрации сульфанола и астраленовот концентрации сульфанола и астраленов
Изменение температуры дисперсной среды от Изменение температуры дисперсной среды от продолжительности УЗОпродолжительности УЗО
Схема адсорбции ПАВ на Схема адсорбции ПАВ на поверхности астраленовповерхности астраленов
Диапазон измерения: от 0,8 нм до 6,5 мкм
Vibra-Cell VCX 750Vibra-Cell VCX 750 Zetatrac NPA152-31AZetatrac NPA152-31A IKA C-MAG HS 7IKA C-MAG HS 7
Мощность ультразвука – 500 Вт Частоты вращения: от 100 до 1500 об/мин
Температура: +20...+500°С
Используемое оборудованиеИспользуемое оборудование
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
состав: астралены – 0,005%, сульфанол – 0,01%
Дисперсный состав астраленов после УЗОДисперсный состав астраленов после УЗО
0
3
15
30
t, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
Дисперсный состав астраленов после нагреванияДисперсный состав астраленов после нагревания
состав: астралены – 0,005%, сульфанол – 0,01%
T, oC
80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6,54 3,89 2,31 1,38 0,82 0,49 0,29 0,17 0,10 0,06 0,04 0,02Диаметр частиц, мкм
Сод
ерж
ание
, %
60
45
30
Гипсометрическое Гипсометрическое распределение Лапласа распределение Лапласа
hd
kTg
n
n cf 3
2
1
6exp
TTdT
nnd 1exp
1~
221
3221 exp~ dddd
nnd
Теория Смолуховского Теория Смолуховского 1
oo 3
811
tnkT
n
nx
μ – вязкость среды-носителя; nо – общее количество частиц
Уравнение Гиббса Уравнение Гиббса
dc
d
RT
c Г
При T>X При T<X
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.
Выводы:Выводы:
Спасибо за внимание!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
top related