Строение и устойчивость дисперсий льда, стабилизированных гидрофобизированным нанокремнеземом

• Автор: Молокитина, Надежда Сергеевна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Литературный обзор
1.1 Теплоизоляционные материалы на основе дисперсного льда
1.2 Получение и свойства дисперсий жидкой воды, водных растворов,
стабилизированных гидрофобизированным нанокремнеземом
1.3 Получение и свойства дисперсий льда, стабилизированных гидрофобизированным нанокремнеземом
1.4 Своства поливинилового спирта и его применение для решения задач
инженерной геокриологии
Выводы
Глава 2 Экспериментальная часть
2.1 Исходные положения
2.2 Материалы
2.3 Оборудование
2.3.1 Экспериментальная установка ДТА
2.3.2 Метод ЯМР для исследования дисперсий воды
2.4. Методики
2.4.1 Получение образцов "сухой воды"
2.4.2 Определение размеров водных частиц в "сухой воде" с использованием оптической микроскопии
2.4.3 Получение образцов дисперсий, стабилизированных ПВС
Глава 3 Результаты и обсуждение
3.1 Влияние гидрофобного аэросила на образование льда в “сухой воде”.
3.1.1 Влияние гидрофобного аэррсила на температурные условия образования и строение дисперсного льда, полученного из
“сухой воды”
3.1.2 Влияние гидрофобного аэросила на пороговую температуру замерзания переохлажденной воды в дисперсии “сухая вода”

3.2 Формирование дисперсного льда, стабилизированного поливиниловым
спиртом и гидрофобным аэросилом
3.2.1 Образование, таяние льда в дисперсиях водного раствора поливинилового спирта, стабилизированных гидрофобным аэросилом..
3.2.2 Формирование дисперсного льда , стабилизированного поливиниловым спиртом и гидрофобным аэросилом
3.3 Влияние циклов замерзания/оттаивания на строение дисперсных
водных систем, стабилизированных гидрофобным аэросилом
3.3.1 Влияние циклов замерзания/оттаивания на “сухую воду”
3.3.2 Влияние циклов замерзания/оттаивания на дисперсии гидрогеля поливинилового спирта, стабилизированные гидрофобным аэросилом
Выводы
Список литературы
Введение
Актуальность темы. Эффективным методом управления криогенными процессами является создание искусственного льда рыхлой структуры для теплоизоляции больших массивов грунта (Сморыгин, 1988). Предложены высокопроизводительные способы получения искусственного льда, основанные на диспергировании воды в атмосферу с отрицательной температурой - методы капельного намораживания (Сморыгин, 1988), и методы получения пенольда с использованием ПАВ (Иевлев и др., 1982). Вместе с тем в условиях даже коротко временного межсезонного потепления эти материалы быстро разрушаются в результате таяния льда.
Сравнительно недавно разработан метод и предложено высокопроизводительное устройство получения стабильной микрокапельной водной дисперсии, стабилизированной гидрофобизированным кремнеземом -“сухой воды” (Шике Щ а1., 2006; РйбсЬ Щ а1., 2012). Устойчивость такой дисперсной системы обеспечивается присутствием частиц гидрофобизированного нанокремнезема на поверхности микрокапель, препятствующих их слиянию (ЕЯпкБ ек а1., 2006). При замерзании этой дисперсии образуется дисперсия льда, плотность которой в несколько раз ниже плотности монолитного льда. Как следствие, эта система имеет малую термическую проводимость, что создает предпосылки её применения в качестве теплоизоляционного материала в условиях холодного климата.
Альтернативный метод получения дисперсного льда, стабилизированного гидрофобизированным нанокремнеземом, заключается в измельчении смеси льда и гидрофобизированного нанокремнезема (Мельников и др., 2013). Сыпучие водные дисперсии, стабилизированные гидрофобизированным нанокремнеземом, используются при проведении исследований метастабильных состояний газовых гидратов (Поденко и др., 2014). Метастабильные состояния гидратов природных газов играют важную роль в сохранении природного газа в виде гидрата в криолитозоне (Истомин и др., 1992).

расслоения дисперсии устанавливали визуально. Количество выделившейся жидкости определялось с использованием метода ЯМР.
2.2 Материалы
1) Гидрофобизироваипый нанокремнезём
Для получения “сухой воды”, также как в работах [18,19,25], использовался гидрофобизированный диоксид кремния торговой марки Evonik Industries AG
Аэросил R202 (далее гидрофобный аэросил).
Аэросил представляет собой белый “воздушный” порошок и является пирогенным диоксидом кремния, обработанным полидиметилсилоксаном. Изготовление аэросила осуществляется с помощью гидролиза летучего кремниевого соединения в пламени гремучего газа (рис. 2.1 а). При этом создается мелкозернистая двуокись кремния. Для процесса высокотемпературного гидролиза характерно то, что образуемые первичные частицы по форме и величине равномерны. Частицы пирогенного диоксида кремния представлены как отдельными частицами, так и агрегатами и агломерированными агрегатами (рис. 2.2) [90,91]. Агломерированные агрегаты могут достигать размера порядка 100 нм [91,92]. Удельная поверхность и другие физико-химические свойства аэросил R202 представлены в табл. 2.1. На внешней поверхности частиц аэросила находятся группы силоксана и силанола (рис. 2.1 Ь). С помощью силоксана осуществляется химическая модификация поверхности для получения гидрофобного аэросила [91]. Схема процесса поверхностной обработки аэросила R202 представлена на рис. 2.1.