Лабы эпс

Экспериментальная часть.

для проведения работы необходимы: Прибор для всnениванuя.

Сосуд для всnениванuя.

Колба емкостью 500 мл.

Стаканы химические.

Стеклянные градуированные цшиндры. Секундомер.

pH-метр.

Вискозиметр.

Раствор ПАВ.

Глицерин.

Вариант 1. Изучение влияния рН водного раствора

стабилизатора на устойчивость пен

В мерной колбе на 500 мл готовят 0,5% раствор олеата

натрия. Затем с помощью мерного цилиндра отбирают по 100 мл раствора в пять стаканов. Доводят значения рН до 6; 8; 10; 12; 13,5. Далее последовательно вспенивают растворы до кратности 7. Кратность определяют по метке на сосуде для вспенивания. Если какой-либо из растворов не вспенивается до заданной кратности, то этот факт отмечают в лабораторном журнале. Вспененную жидкость немедленно переносят в мерный цилиндр (до отметки 100

мл), включают секундомер и каждые 30 с регистрируют

уровень отделившейся жидкости. Измерения проводят с

течение 10-12 мин после включения секундомера.

Результаты измерений заносят в таблицу.

рН=7		рН= 10			рН= 12			рН = 13,5
т, с	Ь,мм	т, С		Ь,мм	т, С		Ь,мм	т, С	Ь,мм

для каждого значения рН строят зависимость высоты

столба жидкости от времени. Скорость разрушения пены

определяют по наклону начального участка. Строят

- 51 -

www.mitht.ru/e-library

зависимость устойчивости (ctg(а)) пены от рН. Делают вьшод о характере влияния рН на пенообразующую способность ПАВ.

Вариант 2. Изучение влияния вязкости водного раствора, содержащего стабилизатор, на устойчивость пен.

В мерной колбе на 500 мл готовят 0,5%-ный раствор олеата натрия. Доводят рН раствора до 10. В четыре

химических стакана переносят по 25 мл раствора олеата

натрия и добавляют 75, 50 и 25 мл глицерина. Во все

стаканы добавляют дистиллированную воду, доводя объем растворов до 100 мл. Повторно проверяют рН при необходимости доводят его до 10.

С помощью вискозиметра Оствальда определяют вязкость растворов (см. работу 6).

Далее определяют устойчивость пен так, как описано в первом варианте работы. результатыI измерений заносят в

таблицу.

Сглицерииа =0	Сглицерииа=25	Сглицерина=50	Сглицерина=75%
	%	%
т, С Ih, мм	т, С I h, мм	т, С I h, мм	т, С	Ih,MM

для каждого значения Сглиц. строят график в

координатах 11-'(. О скорости стекания пены судят, как и в первом варианте работы по тангенсу угла наклона начального участка графика.

Строят график зависимости устойчивости пены (ctg а) от вязкости пенообразующих растворов и делают вьшод о влиянии этого фактора на устойчивость пен.

Вариант 3. Изучение влияния неионогенных ПАВ на

устойчивость пен.

Вхимических стаканах готовят растворы для

вспенивания, содержащие различные количества

ионогенных и неионогенных ПАВ:

- 52-

www.mitht.ru/e-library

					1		2	3		4
HOMep~aCTBopa												5
					100		75	50
Ионогенное ПАВ~ мл										25		О
							25	50		75
Неионогенное ПАВ, МЛ					О							100

Далее определяют устойчивость пен~ как описано в первом

варианте работы.

Строят зависимость устойчивости пены от

соотношения ионогенного и неионогенного ПАВ,

Делают вьтод об устойчивости пен в зависимости

от состава смеси.

- 53-

www.mitht.ru/e-library

РАБОТА 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЯЗКОСТИ

РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ ОТ их

КОНЦЕНТРАЦИИ

Цель работы 1. Изучение зависимости вязкости от концентрации

раствора ПОJШМера и сопоставление с уравнением

Эйнштейна;

2. Исследование зависимости вязкости от

концентрации раствора и вычисление молекулярной массы

полимера.

Теоретическая часть Разбавленные агрегативно устойчивые дисперсные

системы не образуют пространственной сетки из частиц

дисперсной фазы (структуры), и поэтому их реологические свойства близки или подобны свойствам дисперсионной

среды. Зависимость вязкости таких систем от

концентрации дисперсной фазы описьmается уравнением Энштейна:

11 =110(1 + шр)

или

где 110 - вязкость дисперсионной среды; <р - объемная доля дисперсной фазы; а. - коэффициент формы частиц (для сферических частиц а.= 2,5); 11уд - удельная вязкость.

С увеличением концентрации дисперсной фазы

возрастает взаимодействие между частицами и

обнаруживаются все более сильные отклонения от уравнения ЭншгеЙна. Вязкость концентрированных систем

растет с концентрацией почти по экспоненте.

Зависимость удельной вязкости не слишком

концентрированных растворов полимеров от концентрации

- 54-

www.mitht.ru/e-library

обычно удовлетворительно описывается уравнением,

предложенным Хаггинсом:

(2.9)

где [ч] -характеристическая вязкость; с - концентрация

раствора, г/l00мл; k]

коэффициент, называемый

константой Хаггинса.

Коэффициент k] сужит характеристикой

взаимодействия макромолекул в системе полимер - растворитель. Его значение практически не зависит от молекулярной массы полимера и меняется лишь в зависимости от природы растворителя. В хороших

растворителях значения константы Хаггинса составляет

0,2-0,3.

Характеристическая вязкость, отражающая

гидродинамическое сопротивление молекул полимера

потоку жидкости, может бьrrь определена для разбавленных растворов, в которых взаимодействие макромолекул между собой настолько мало, что им можно пренебречь. для нахождения характеристической вязкости

устанавливают зависимость вязкости от концентрации в

довольно узком интервале низких концентраций и полученные результаты экстраполируют к нулевой

концентрации.

Характеристическую			вязкость можно	вычислить
также	и	пyrем	экстрополяции	зависимости

логарифмической приведенной вязкости lnчотн/с от концентрации. Разложение функции 1n ЧОll/С в ряд по степ~ням чoтнlс приводит К выражению

Следовательно:
li111с-+о(lnчoтнlс) = li111c-+О(Чуд/С)=[Ч]	(2.l1)

- 55-

www.mitht.ru/e-library

с учетом лишь двух первых членов ряда уравнение (2.10)

принимает вид

(2.12)

Экстраполяция по этому уравнению считается более

точной, чем экстраполяция по уравнению Хаггинса,

поскольку в большинстве случаев постоянная уравнения

(2.12) k2<kj. Бьшо показано, что постоянные уравнений

(2.9) и (2.12) с хорошим приближением удовлетворяют

зависимости:

k2+kj =0,5		(2.13)
Характеристическая	вязкость	непосредственно

зависит от молекулярного веса полимера, причем она тем

больше, чем вьnnе молекулярный вес М. Связь между [rt] и

м обычно удовлетворительно выражается эмпирическим

уравнением Марка - Куна:

(2.14)

где k и а - константы, характерные для исследуемого

раствора в данном растворителе.

Константы k и а для каждой системы полимер -

растворитель находят эмпирически, путем подстановки в

уравнение (2.14) найденного значения [rt] и молекулярной массы, определенной одним из абсолютных методов

(например, методом светорассеяния).

Теоретические расчеты показьmают, что константа а

для растворов полимеров в плохих растворителях равна

0,5. В хороших растворителях значение а повьnnается и

может достигать 0,8.

- 56-

www.mitht.ru/e-library

Таблица 2.6. Обозначение и иазваииявеличии,

прииятые в вискозиметрии растворов полимеров

	Обозначение		Обычное название	Рекомендуемое
	величины			название
	'11om=1l /'110		Относительная	Отношение
			вязкость	вязкостей
	'I1уд='I1отн-1=('11-'110)/		Удельная вязкость
	'110		Приведенная	Удельная вязкость
				Число вязкости
	'I1np=llYдlc		вязкость
			Логарифмическая	Логарифмическое
	ln 'I1oтн/c
			приведенная	число вязкости
	['11 ]=('I1Yдlс)Ho=(ln		Характеристическ	Предельное число
	'I1oтн/C)c-+o		ая вязкость	вязкости

в связи с тем, что терминология, используемая в

вискозиметрии растворов полимеров, в последнее время

претерпевала изменения, в табл. 2.6 приведены названия

величин и их обозначения, принятые в вискозиметрии

растворов полимеров. Во втором столбце этой таблицы дано обычно употребляемое название вязкости, а в третьем - названия, рекомендованные Международным союзом

теоретической и прикладной химии.

Следует отметить, что полученное по уравнению

(2.14) значение молекулярной массы является

среднестатистическим, поскольку любой реальный полимер представляет собой полидисперсную смесь

макромолекул.

Значения средневязкостной молекулярной массы зависят от характера связи между ['11] и м и лежат ближе к

значениям средневесовой, а не среднечисленной

молекулярной массы. Поэтому при выборе констант k и а

для расчета средневязкостной молекулярной массы лучше

Пользоваться данными, полученными методом

светорассеяния, а не осмометрии, по которой определяется

- 57-

www.mitht.ru/e-library

среднечисленная молекулярная масса. Это уменьшает ошибки при расчете и позволяет получить более достоверные значения молекулярной массы. При определении молекулярного веса необходимо обращать внимание на то, чтобы полученное значение находилось в

пределах того диапазона значений молекулярной массы,

для вычисления которого имnерическое уравнение (2.14)

применимо с достаточной точностью.

В табл. 2.5 приведены значения констант k и а для

некоторых полимеров.

Определение вязкости растворов полимеров основано

на измерении времени истечения жидкостей из капилляра

вискозиметра. Расчет npоводят по уравнению Пуазейля [уравнение (У.6)].

Если жидкость протекает через капилляр под

действием собственного веса, то

p=pgh

(2.15)

где р - плотность раствора; g - ускорение силы тяжести; h средняя высота столба жидкости, создающего

гидростатическое давление р.

Подставляя значение р в уравнение Пуазейля и

решая его относительно 11, можно получить

(2.16)

- 58-

www.mitht.ru/e-library

Таблица 2.7. Константы k и а в уравнении Марка -										Куна
				t'::I	~					==0
				0..:=							~~
				~~			4			о	~-
		Полимер	Растворитель	0..0..		k*10		а		а		*
				Q)	о					§	~~
				=	~					:=	Q)	~
				~	~					1:::(	r:::	о
				Е-<о..							о	~
											)1	~
lПолиэтилен			Декалин	100		10,5		0,63		23-35
Полипропилен			Декалин	135		1,0		0,80		100-1100
lПолиизобутилен			Толуол	25		8,7		0,56		110-340
Полибутадиен			Бензол	32		1,0		0,77		143-1640
~утилкаучук			Бензол	25		69		0,50		1,1-500
lПолистирол			Циклогексан	34		8,2		0,50		4,7-6270
lПоливиниловый			Вода	25		5,95		0,63		11,6-195
спирт
Полиакриламид			Вода	25		0,63		0,80		10-5000
Полиметилметак											3
рилат			Элилацетат	35		4,79		0,60		8,1-455

При использовании одного и того же вискозиметра

и при работе с одним и тем же объемом жидкости можно

написать

(2.17)

где с - константа вискозиметра.

Отсюда, зная константу прибора и время истечения

жидкости из капилляра, можно вычислить вязкость

жидкости. Однако обычно

при измерении вязкости

растворов достаточно определить относитель~ вязкость

раствора Т1отн - отношение вязкости раствора т1 к вязкости

растворителя Т10:

(2.18)

-.$9-

www.mitht.ru/e-library

где РО - плотность растворителя; 'to - время истечения

растворителя.

для разбавленных растворов можно допустить, что

плотность раствора близка к плотности растворителя и

тогда

(2.19)

Необходимым условием использования уравнения Пуазейля для расчета вязкости является ламинарность движения жидкости в капилляре. Турбулентности потока

избегают путем соответствующего подбора диаметра и

длины капилляра вискозиметра. В вискозиметрах, условия

течения жидкости в капилляре при обычных перепадах давления соответствуют числам Рейнольдса, меньшим 200. Отклонения от закона Пуазейля возможны также

вследствие того, что, строго говоря, растворы полимеров

представляют собой неньютоновские жидкости, вязкость

которых зависит от скорости их истечения через капилляр.

для того чтобы свести к минимуму этот источник ошибок,

для измерений вязкости растворов полимеров принято

использовать вискозиметры, время истечения жидкости, в

которых достаточно велико и составляет 100-200 с.

для

определения вязкости растворов полимеров обычно

применяют капиллярные вискозиметры типа вискозиметра

Оствальда или вискозиметра Уббелоде (рис. 2.9).

При истечении раствора в вискозиметре Оствальда

происходит постепенное уменьшение высотыI столба

жидкости h, что приводит К созданию переменного

гидростатического давления р. Поэтому в вискозиметр

Оствальда всегда наливают одно и тоже количество раство

ра.

В вискозиметре Уббелоде поток жидкости прерывается в конце капилляра, и поэтому давление столба

жидкости, под которым происходит ее течение, не зависит

от объема жидкости, заливаемой в вискозиметр. Вискозиметры такого типа называются вискозиметрами с

- 60-

www.mitht.ru/e-library