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