Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5-9
ГЛАВА I. ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА АЭРОСИЛОВ И ИХ СТРУК
ТУРООБРАЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ 10-38
Свойства поверхности аэросила 10-15
Общие сведения о гидрофобных аэросилах. . . .15-19
Взаимодействие полиэтиленгликолей с поверхностью кремнезема 19-21
Структурообразующая способность кремнеземов в органических средах 21-23
Некоторые положения физико-химической механики дисперсных систем 23-27
Исследование реологических свойств дисперсных систем 28-35
Применение аэросила в качестве наполнителя полимерных материалов 35-38
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 39-52
2.1. Обоснование выбора объектов исследования и
их свойства 39-44
2.2. Методы исследования. Методика проведения
экспериментов 44-52
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
ГИДРАТИРОВАННОГО, ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕВОГО И МЕТИ
ЛИРОВАННОГО АЭРОСИЛОВ В ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКОС
ТЯХ РАЗЛИЧНОЙ ПОЛЯРНОСТИ 53-100
3.1. Изучение влияния полярности молекул дисперсионной среды на реологические свойства ор-ганогелей гидратированного аэросила в арома-
Стр.
тических углеводородах 53-61
Реологические свойства дисперсных систем на основе диэтиленгликольаэросила и ароматических углеводородов 61-69
Изучение структурообразующей способности метилаэросила в ароматических углеводородах. . 69-78
Механизм образования пространственного структурного каркаса 78-86
Исследование влияния степени лиофильности поверхности твёрдой фазы на реологическое поведение аэросилсодержащих дисперсий 86-95
Изучение прочностных свойств дисперсий гид-ратированного и диэтиленгликолевого аэросилов на основе полярных органических жидкостей и этиленгликолей 95-105
Исследование межфазных взаимодействий в системах аэросил гидратированный - этиленгликоли. 105-109
Выводы І09-ІІ0
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛЯРНОСТИ МОЛЕКУЛ ДИСПЕР
СИОННОЙ СРВДЫ И ЛИОФИЛЬНОСТИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ
НА ВЯЗКОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ПО ДАННЫМ РОТА
ЦИОННОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ ІІІ-І29
Изучение влияния скорости деформации на разрушение дисперсных структур гидратированного, диэтиленгликолевого и метилированного диоксидов кремния в ароматических углеводородах Ill—121
Процессы дилатантного и дилатантно-тиксотроп-ного поведения дисперсий диоксида кремния в
_ 4 -
Стр. этиленгликолях, бутандиоле и диметилсуль-
фооксиде I2I-I29
Выводы 129
ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ДИСПЕРСИЙ ЩЦРАТИРОВАННОГО И ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕВОГО АЭРО-СИЛОВ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ. . . 130-165
Реологические свойства органогелей на основе диметилсульфооксида в связи с микроструктурой образующихся пространственных каркасов. .130-135
Особенности течения низкоконцентрированных аэросилсодержащих дисперсных систем на основе этиленгликолей и бутандиола 136-150
Закономерности изменения диссипации энергии в дисперсиях гидратированного аэросила на
основе этиленгликолей І50-І6І
5.4. Влияние концентрации гидратированного аэро
сила на эффект флокуляции в полиэтиленглико-
левых дисперсиях І6І-І65
Выводы 165
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 166-168
ЛИТЕРАТУРА 169-197
ПРИЛОЖЕНИЕ 198-201
Введение к работе
Одной из важнейших задач современной науки является получение материалов, обладающих различными заранее заданными свойствами. В связи с необходимостью решения этой проблемы возникла новая пограничная область знаний - физико-химическая механика, созданная П.А. Ребиндером и его многочислен -ной школой и изучающая механические свойства дисперсных систем (прочность, упругость, эластичность, пластичность, вязкость) в совокупности с физико-химическими факторами их определяющими.
За прошедший период времени проведено огромное количество работ, касающихся различных направлений исследований в области физико-химической механики дисперсных систем и материалов. Это прежде всего разработка методов определения и способов описания во времени деформаций для самого широкого круга упруго-вязкого, вязко-пластичного и других случаев механического поведения тел; развитие новых представлений об устойчивости дисперсных систем под влиянием адсорбционных слоев; изучение основных закономерностей явлений адсорбционного облегчения деформаций, разрушения и диспергирования твердых тел под влиянием поверхностно-активной среды. Исследование особенностей течения и деформации пластично-вязких структурированных дисперсных систем и растворов полимеров выполнено М.П.Воларо-вичем, Г.В.Виноградовым, И.Ф. Ефремовым.
В работах Е.Д.Щукина, В.В.Яминского, Ю.П.Топорова, Е.А. Амелиной изучены процессы образования различного рода дисперсных структур и их механические свойства с точки зрения возникновения и разрушения аддитивно складывающихся контактов между частицами в данной дисперсионной среде, а также осущест-
- б -
влено прямое измерение их прочности при широком варьировании природы твердой фазы и соответствующих жидкостей.
Создание модели, апроксимирующей хаотическую пористую упаковку сходных по размерам частиц позволило описать обширный класс структур с открытой пористостью и связать безразмерный фактор упаковки с поддающимися экспериментальному измерению макропараметрами - относительной пористостью и удельной поверхностью. Модельные представления, связывающие макро- и микропараметры целесообразно применить к реальным дисперсным системам с жидкой дисперсионной средой. В качестве таковых могут выступать размеры агрегатов, их пористость, плотность упаковки частиц в них. Однако указанные характеристики еще не достаточно исследованы. Не полностью выяснены особенности влияния различных факторов, изменяющих их величину. Используемые в настоящее время методы для определения размеров частиц и их агрегатов - ультрамикроскопия, светорассеяние и др., хотя и дают необходимую точность, но они трудоемки, применимы в основном для маловязких дисперсионных сред и низкоконцентрированных дисперсных систем, сложны в препаративном исполнении и требуют дорогостоящего оборудования.
Поэтому является необходимым исследование и выяснение возможности получения сведений о микроструктуре дисперсий по их макроскопическим параметрам, а также влияние на них физико-химических характеристик дисперсионной среды и природы поверхности твердой фазы. Успешному проведению работы будет способствовать удачный выбор последней, которая должна характеризоваться узким распределением частиц по размерам и их сферичностью. Этим требованиям отвечает аморфный диоксид кремния -аэросил, который и был взят в качестве дисперсной фазы иссле-
дуемых модельных органодисперсий.
В настоящее время аэросил находит широкое промышленное применение как составная часть сложных композиций - лаков, красок, смазок, наполненных каучуков, полимерных покрытий и др. Все эти материалы обладают различными свойствами.
На реологическое поведение сложных систем на основе аморфного кремнезема влияют состав дисперсионной среды, её физико-химические характеристики (дипольный момент, вязкость, поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость, соль-ватирующая способность) и химия поверхности твердой фазы,её "развитость", энергетическая активность, характер модифицирующего слоя привитых функциональных групп.
Несмотря на наличие -работ, изучающих влияние некоторых из указанных параметров на реологические свойства дисперсных систем, существует ряд нерешенных вопросов, в частности, не выяснено влияние величины дипольного момента и сольватирующеи способности на закономерности образования пространственных структур, не учтена роль вязкости дисперсионной среды в процессах, сопровождающихся дилатансией.
Поэтому цель данной работы состоит в исследовании процессов структурообразования и характера деформационного поведения модельных бинарных композиций, состоящих из дисперсионных сред и дисперсных фаз широко варьируемого состава, начиная с малонаполненных свободнодисперсных систем и кончая связанно-дисперсными, обладающими развитым объёмным каркасом, а также получении сведений о микроструктуре органодисперсий.
С учетом всего вышеизложенного задачей настоящего исследования является:
- изучение влияния различных физико-химических характе-
ристик дисперсионных сред на реологическое поведение гелей аморфного кремнезёма;
установление взаимосвязи между микро- и макропараметрами органодисперсий в статических условиях;
изучение воздействия природы дисперсионной среды на размеры агрегатов, плотность упаковки частиц в них;
исследование влияния природы поверхности твердой фазы на перечисленные выше параметры;
выяснение особенностей течения модельных дисперсных систем в условиях чистого сдвига;
установления влияния концентрационного и температурного фактора на вязкостные характеристики органодисперсий.
Научная новизна. Впервые изучены прочностные, структурно-механические и вязкостные свойства аэросилсодержащих дисперсных систем на основе ароматических углеводородов и полярных органических жидкостей диметилсульфооксида, этиленгликоля, бу-тандиола, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля и полиэтиленглико-ля с молекулярной массой, равной 400, в широком интервале содержания твердой фазы. Получены сведения о микроструктуре ор-ганогелей и влиянии на нее различных факторов: температуры, полярности и вязкости дисперсионной среды, лиофильности поверхности твердой фазы, концентрированности дисперсной системы.
Практическая ценность. Результаты работы по исследованию влияния модификации аэросила на вязкость наполненных оксиэти-ленгликолей различной молекулярной массы, свидетельствующие об образовании различных по величине агрегатов для аэросилов отличающихся природой модификатора поверхности, находятся в корреляции с данными по прочности адгезионной связи наполненных полиуретанов к субстратам высокой поверхностной энергии и
могут служить основой для выбора оптимальных составов наполненных полимеров.
