Формирование гетерофазных криогелей и пенокриогелей на основе водного раствора поливинилового спирта и регулирование их свойств

• Автор: Фуфаева, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВКГПВС - вспененный криогель поливинилового спирта ВКТР - верхняя критическая температура растворения гпх - гель-проникающая хроматография ДМСО - диметилсульфоксид
ДСК - дифференциальная сканирующая колориметрия
ЖСО - железосодержащий осадок
НК - инфракрасная спектроскопия
ИМ — индустриальное масло
КГПВС - криогель поливинилового спирта
ККМ - критическая концентрация мицеллообразования
КС — криогель-сорбент
ММ - молекулярная масса
ММР - молекулярно массовое распределение
НЖМФ - незамерзшая жидкая микрофаза
НКТР - нижняя критическая температура растворения
НП - нефтепродукты
оэг- олигоэтиленгликоль
ПАВ - поверхностно активные вещества
ПВА - поливинилацетат
пвс- поливиниловый спирт
ПМР - протонный магнитный резонанс
СД - степень дезацетилирования
ТГ - термогравиметрическая кривая
ТМ - трансформаторное масло
ТК1Ш- температура кипения
Тпл - температура плавления
ЭГ - этиленгликоль
ЭПР - электронный паромагнитный резонанс ЯМР - ядерный магнитный резонанс

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 КРИОСТРУКТУРИРОВАНИЕ РАСТВОРОВ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА
1.1 Поливиниловый спирт, его получение и свойства
1.2 Структура водных растворов поливинилового спирта
1.3 Гелеобразование растворов поливинилового спирта в присутствии химических реагентов
1.4 Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта
1.4.1 Температурные условия формирования криогелей из растворов ПВС
1.4.2 Влияние незамерзшей жидкой микрофазы на формирование криогелей
1.4.3 Влияние различных факторов на получение и свойства криогелей ПВС
1.5 Супрамолекулярные образования
1.6 Пластификация поливинилового спирта
1.7 Практическое применение материалов на основе криогелей ПВС
1.8 Основные представления о пенах и способах ее получения
1.8.1 Пенообразующие растворы
1.8.2 Свойства пены
1.8.3 Способы стабилизации пены
1.8.4 Разрушение пены
1.8.5 Вспенивание поливинилового спирта и формирование пенокриогелей
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследования
2.2 Применяемые реактивы и вещества
2.3 Методы исследования
2.3.1 Приготовление растворов поливинилового спирта
2.3.2 Определение молекулярной массы поливинилового спирта
2.3.3 Определение вязкости концентрированных растворов поливинилового спирта
2.3.4 Проявление эффекта Вайссенберга
2.3.5 Определение межфазного натяжения
2.3.6 Определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца (дю-Нуи)
2.3.7 Приготовления эмульсии масла в водном растворе поливинилового спирта и определение ее устойчивости
2.3.8 Вспенивание раствора поливинилового спирта механическим способом

2.3.9 Вспенивание раствора поливинилового спирта химическим способом
2.3.10 Определение кратности пены
2.3.11 Определение инетических закономерностей протекания газогенерирующих реакций в воде и в полимерном растворе
2.3.12 Определение количества молей и объема газа, выделяющегося при проведении химической реакции
2.3.13 Расчет константы скорости реакции
2.3.14 Определение дисперсности пены
2.3.15 Определение температуры реакционной смеси
2.3.16 Формирование криогелей и пенокриогелей
2.3.17 Определение модуля упругости криогелейи пенокриогелей
2.3.18 Определение времени релаксации образцов криогелей
2.3.19 Определения прочности наполненных криогелей
2.3.20 Определение коэффициента теплопроводности
2.3.21 Определение температуры плавления криогелей
2.3.22 Термохимическое окисление криогелей, наполненных сажей и коксом
2.3.23 Определения химической стабильности криогелей и пенокриогелей
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ, РЕОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИОГЕЛЕЙ, СФОРМИРОВАННЫХ ИЗ ГОМОГЕННЫХ РАСТВОРОВ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА
3.1 Реологические свойства растворов поливинилового спирта
3.1.1 Вязкость разбавленных и концентрированных растворов
3.1.2 Проявление эффекта Вайссенберга в растворах поливинилового спирта
3.2 Получение и свойства двухкомпонентных криогелей
3.2.1 Влияние концентрации поливинилового спирта на свойства криогелей
3.2.2 Исследование упругих свойств криогелей на разных установках
3.2.3 Влияние молекулярной массы поливинилового спирта на реологические и тепло физические свойства криогелей
3.2.4 Влияние числа циклов замораживания-размораживания криогелей
3.2.5 Влияние природы растворителя на свойства криогелей
3.3 Формирование и свойства многокомпонентных криогелей
3.3.1 Влияния неорганических солей на свойства криогелей
3.3.2 Влияние pH среды на свойства криогелей
3.3.3 Влияние пластификаторов на свойства криогелей
3.3.4 Химическая модификация поливинилового спирта диальдегидом
Изучая устойчивость пен, рассматривают три аспекта: устойчивость синерезису, изменение дисперсного состава и уменьшение общего объема пены. Гидростатическая устойчивость пен обусловлена их способностью препятствовать истечению жидкости под действием гравитационной силы. По мере истечения жидкости градиент давления жидкости в канале Плато по высоте возрастает и при достижении максимального значения градиента синерезис прекращается. В дальнейшем истечение возможно только вследствие появления избыточной жидкости в результате разрушения пузырьков [82].
Агрегативная устойчивость пен связана с их способностью сохранять постоянный дисперсный состав. Разрушение структуры пены (изменение ее дисперсного состава) происходит вследствие диффузионного переноса газа между пузырьками пены и разрушения пленок пузырьков (коалесценция). Эти процессы приводят к уменьшению поверхности раздела фаз в пене [82 - 88].
К числу пионерских работ по изучению стабильности пены можно отнести исследование устойчивости отдельных пузырьков, проведенное Харди (1925г.). Большая роль в стабилизации пен отводится эффекту Марангони, физическая сущность которого заключается в том, что при локальном утончении пленки пены увеличивается поверхностное натяжение. Появление градиента поверхностного натяжения вызывает течение раствора из области низких поверхностных натяжений в места утончения пленки. Происходит «залечивание» ослабленных участков. Такое «залечивание» объясняется тем, что утончение пленки пены приводит к росту в ней капиллярного, а затем и расклинивающего давления, что способствует втягиванию жидкости в пленку из утолщений [82, 93].
Стабилизация пен достигается введением в раствор веществ-стабилизаторов, например, карбоксиметилцеллюлозы, полиакриламида, поливинилового спирта и др. Эти вещества, увеличивая вязкость раствора, способствуют замедлению процесса истечения жидкости из пен. Определенное влияние на стабильность пен оказывает природа газовой фазы. Устойчивость пен зависит от растворимости газа в жидкости [82].
На практике пены часто взаимодействуют с различными твердыми тонкодисперсными веществами. Устойчивость трехфазных пен значительно выше двухфазных. Стабилизацию трехфазных пен связывают с механическим упрочнением пленок пены в результате их «бронирования» частицами твердой фаза. Это может быть даже в том случае, когда мелкодисперсных частиц недостаточно для полного покрытия пузырьков. Полагают также, что твердые частицы закупоривают каналы Плато - Гиббса, уменьшая тем самым скорость истечения жидкости. Установлено, что влияние твердой фазы на устойчивость пен зависит от концентрации пенообразователя. При небольшом