Содержание к диссертации
Введение
1 Жидкие очищающие средства: состав, свойства и способы разработки
1.1 Классификация очищающих композиций 10
1.1.1 Водные очищающие и обезжиривающие композиции 10
1.1.2 Композиции на основе органических растворителей 12
1.1.3 Водно-органические композиции 15
1.2 Поверхностно-активные вещества в очищающих средствах 17
1.2.1 Классификация ПАВ 17
1.2.2 Механизм действия моющих ПАВ 18
1.2.2.1 Поверхностная активность 18
1.2.2.2 Смачивающее действие ПАВ 20
1.2.2.3 Солюбилизирующая способность ПАВ 20
1.2.2.4 Моющее действие ПАВ 21
1.2.3 Биохимическая разлагаемость ПАВ 21
1.3 Физико-химический подход к созданию жидких очищающих композиций
1.3.1 Бытовые очищающие средства 24
1.3.2 Технические моющие средства 25
1.3.3 Моющие средства в медицине 26
1.4 Подбор тройных, четверных систем и параметров оптимизации для экспериментального исследования
2 Объекты и методы исследования 31
2.1 Объекты исследования 31
2.2 Изотермический метод сечений 33
2.3 Определение плотности. Пикнометрический метод 35
2.4 Метод определения вязкости с помощью вискозиметра 36
2.5 Гравиметрический метод определения моющей способности 37
2.6 Метод экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в закрытом тигле
2.7 Исследование бактерицидной способности 39
3 Программа optimum 40
3.1 Планирование эксперимента при исследовании диаграмм состав - свойство
3.2 Симлекс-решетчатые планы для трехкомпонентной смеси 43
3.3 Симлекс-решетчатые планы для четырехкомпонентной смеси 44
3.4 Приведенные интерполяционные полиномы 46
3.5 Оценка среднеквадратичной погрешности измерений функции отклика 47
3.6 Вычисление дисперсии предсказанного значения отклика 49
3.7 Оценка адекватности модели по критерию Стьюдента 50
3.8 Оценка адекватности модели по критерию Фишера 51
4. Изучение растворимости в поликомпонентных системах
4.1 Системы ПАВ — скипидар - вода 53
4.1.1 Система ПЭГ-115 - скипидар - вода 53
4.1.2 Система синтанол АЛМ-10 - скипидар - вода 54
4.1.3 Система оксифос Б - скипидар - вода 55
4.1.4 Система ПАВ «Прогресс» - скипидар - вода 56
4.2 Системы ПАВ - «Вилагин» - вода 58
4.2.1 Двухкомпонентные системы 59
4.2.2 Трехкомпонентные системы 60
4.2.3 Исследование гелей на дезинфицирующую активность 62
4.3 Системы ПАВ - скипидар - изопропиловый спирт — вода 65
4.3.1 Оксифос Б - скипидар - изопропиловый спирт - вода 65
4.3.2 ПАВ «Прогресс» - скипидар - изопропиловый спирт - вода 67
4.3.3 Синтанол АЛМ-10 - скипидар - изопропиловый спирт — вода 68
5 Исследование физико-химических и функциональных свойств систем
5.1 Система ПАВ «Прогресс» - скипидар - изопропиловый спирт - вода 72
5.1.1 ПАВ «Прогресс» - (90% скипидар + 10% изопропиловый спирт) — 72 вода
5.1.2 ПАВ «Прогресс» - (40% скипидар + 60% изопропиловый спирт) - 76 вода
5.1.3 ПАВ «Прогресс» - (20% скипидар + 80% изопропиловый спирт) - 80 вода
5.2 Система синтанол АЛМ-10 - скипидар - изопропиловый спирт - вода 84
5.2.1 Синтанол АЛМ-10 - (20% скипидар + 80% изопропиловый спирт) - 84 вода
5.2.2 Синтанол АЛМ-10 - (40% скипидар + 60% изопропиловый спирт) - 88 вода
5.2.3 Синтанол АЛМ-10 - (80% скипидар + 20% изопропиловый спирт) - 92 вода
5.3 Система Perlastan AL-30 - «Вилагин» - вода 96
5.4 Анализ полученных результатов 98
Выводы 100
Список использованных источников 102
- Водные очищающие и обезжиривающие композиции
- Физико-химический подход к созданию жидких очищающих композиций
- Определение плотности. Пикнометрический метод
- Симлекс-решетчатые планы для четырехкомпонентной смеси
Введение к работе
Физико-химический анализ, устанавливающий зависимость свойств химических равновесных систем от условий равновесия (в том числе от концентрации компонентов, составляющих систему, температуры и давления) приобрел большое значение во многих областях теоретических и прикладных знаний. Химия и химическая технология, металлография и металлургия, минералогия и геология и многие другие отрасли науки широко используют методы физико-химического анализа.
Актуальность работы.
Известно, что такие процессы как обезжиривание, очистка и отмывка широко распространены во всех отраслях промышленности. Для разработки очищающих составов чаще всего применяют препаративный метод, который заключается в эмпирическом подборе компонентов и их концентраций и последующей проверке функциональных свойств получившейся смеси. Он не предполагает изучения свойств композиций в зависимости от концентрации компонентов, так как каждая рецептура разрабатывается для ограниченного концентрационного предела. Использование данного метода не гарантирует получения оптимальных по составу и свойствам композиций, а также не исключает возможности появления препаратов с нежелательными свойствами. Таким образом, существует необходимость научного подхода к решению проблемы создания рецептур жидких очищающих средств.
Настоящая работа посвящена разработке физико-химических основ нового метода создания жидких очищающих средств с применением физико-химического анализа и теории гетерогенных равновесий. Проведенные исследования позволили теоретически обосновать метод и показать его перспективность как с экономической, так и с экологической точек зрения.
Метод позволяет разрабатывать композиции с оптимальными или заранее заданными функциональными и физико-химическими свойствами и эффективно использовать сырьевые ресурсы. Кроме того, появляется возможность эквивалентной взаимозамены компонентов с сохранением оптимальных свойств средства.
Проведенные исследования являются продолжением работ, проводимых в Естественнонаучном институте Пермского госуниверситета в рамках комплексной целевой научно-технической программы Минвуза РСФСР «Чистота». Систематизация отечественных и зарубежных композиций позволила выявить общие закономерности и принципы их разработки. Исходя из этого, предложены модельные условно четырехкомпонентные системы, включающие ПАВ, органические растворители, воду, активные добавки. Изучение растворимости, физико-химических и функциональных свойств в таких системах позволяет находить оптимальные жидкие композиции по заранее заданным параметрам.
Цель работы - разработка физико-химических основ нового метода создания жидких очищающих средств, включающих:
1. Подбор компонентов и изучение растворимости в поликомпонентных взаимных водно-органических системах, состоящих из поверхностно-активных веществ, органических растворителей, воды и активных добавок.
2. Исследование физико-химических и функциональных свойств гомогенных смесей с применением специально разработанной компьютерной программы Optimum.
3. Выбор композиции с оптимальными или заранее заданными физико-химическими и функциональными свойствами.
Научная новизна.
На основании обобщения литературных данных и выполненных исследований впервые разработан метод создания жидких очищающих средств на основе физико-химического анализа поликомпонентных водно-органических систем.
Методология эксперимента по исследованию свойств гомогенных составов поликомпонентных систем впервые реализована на базе разработанной нами компьютерной программы Optimum, основанной на методе планирования эксперимента с использованием симплекс-решетчатых планов Шеффе, и позволившей значительно снизить трудоемкость исследований и ускорить получение результатов.
Физико-химические основы предлагаемого метода создания жидких очищающих средств включают следующие положения:
1. Изучение растворимости в поликомпонентных водно-органических системах, состоящих из поверхностно-активных веществ, органических растворителей, воды и активных добавок.
2. Исследование физико-химических и функциональных свойств смесей в гомогенной области четырехкомпонентной системы с применением метода планирования эксперимента и обработкой полученных результатов компьютерной программой Optimum.
3. Анализ полученных уравнений, описывающих зависимость состав — свойство и графических отображений изолиний свойств.
4. Выбор композиции с оптимальными или заранее заданными физико-химическими и функциональными свойствами.
В работе впервые:
- получены данные по растворимости при 25°С в системах:
• ПАВ «Прогресс» - скипидар - вода;
• ПАВ «Прогресс» - скипидар - изопропиловый спирт - вода;
• оксифос Б — скипидар - вода;
• оксифос Б - скипидар - изопропиловый спирт — вода;
• синтанол АЛМ-10 - скипидар - вода;
• синтанол АЛМ-10 - скипидар - изопропиловый спирт - вода;
• ПЭГ-115 - скипидар - вода;
• ПАВ Betadet HR-50K - «Вилагин» - вода;
• ПАВ Perlastan AL-30 - «Вилагин» - вода;
• ПАВ Emal 270D — «Вилагин» — вода.
- с использованием компьютерной программы Optimum получены математические модели зависимости функциональных и физико-химических свойств от состава смесей в гомогенной области и графическое изображение изолиний свойств на локальных участках диаграммы состояния следующих систем:
• ПАВ «Прогресс» — скипидар - изопропиловый спирт - вода;
• синтанол АЛМ-10 — скипидар — изопропиловый спирт — вода;
• ПАВ Perlastan AL-30 - «Вплагин» - вода. Практическая значимость работы.
Разработана компьютерная программа Optimum, предназначенная для обработки экспериментальных данных, полученных с использованием метода математического планирования эксперимента для физико-химического анализа гомогенных систем.
Данные по растворимости в 7 трехкомпонентных и 3 четырехкомпонент-ных водно-органических системах являются справочным материалом. У двух четырехкомпонентных систем (содержащие ПАВ «Прогресс» и синтанол АЛМ-10) в гомогенной области изучены такие свойства как плотность, вязкость, температура вспышки и моющая способность. В гомогенной области трехкомпо-нентной системы ПАВ Perlastan AL-30 — «Вилагин» - вода исследована бактерицидная активность.
С использованием предложенного метода разработана рецептура жидкого очищающего средства для твердых поверхностей, которое прошло апробирование в промышленных условиях на предприятии ООО НПП «Тривектр». Дезинфицирующие средства на основе «Вилагина» испытаны и одобрены ООО «Технологии безопасности». В обоих случаях планируется организация промышленного производства средств.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Физико-химические основы создания жидких очищающих средств с оптимальными или заранее заданными свойствами.
2. Компьютерная программа Optimum. 3. Результаты изучения растворимости в поликомпонентных водно-органических системах, состоящих из поверхностно-активных веществ, органических растворителей, воды.
4. Результаты исследования физико-химических и функциональных свойств гомогенных составов систем.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Краснодар, 2004); XLIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005); XV Российской студенческой научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2005); Областной конференции студентов и молодых ученых «Химия и экология» (Пермь, 2005); Международной научной конференции «Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов» (Пермь, 2005); Международной научной конференции «Инновационный потенциал естественных наук» (Пермь, 2006); XII, XIII и XIV Международных научно-практических конференциях «Бытовая химия в России» (Пермь, 2006, 2007, 2008); IV Всероссийской конференции ФАГРАН-2008 «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» (Воронеж, 2008).
Публикации.
По материалам диссертации автором опубликовано 14 научных трудов, включая 4 статьи, 9 тезисов докладов и компьютерную программу.
Водные очищающие и обезжиривающие композиции
Композиции этой группы представляют собой водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ), активных добавок, усиливающих очищающее действие, а также дополнительно могут быть введены отдушка, краситель,, ингибитор коррозии, защищающие добавки. Практически все составы применяются при повышенных температурах ( 50С). При температуре 20С используются композиции, в которых достаточно высока концентрация ПАВ. Однако в этом случае возникает вопрос о смываемости ПАВ после процесса очистки. В качестве примеров можно привести следующие композиции:
В патенте [2] описана очищающая композиция для керамики и фарфора, которая эффективно удаляет органические и неорганические отложения. Состав (мас.%): изоаскорбиновая кислота - 0,1-20; сульфаминовая кислота - 20-80; лаурилсульфат натрия -1-20; диоктилсульфосукцинат натрия -1-30; ЭДТА - 0,1-10; лимонная кислота - 5-45; вода до 100.
Приведенный состав удаляет известковый налет, остатки мыла, биопленку с твердых поверхностей. Процесс отмывки производится при минимальном механическом воздействии. Наличие восстановителей и комплексообразовате лей ускоряет процесс очистки и значительно уменьшает повторное осаждение загрязнителя на поверхности. Состав подходит для частого использования, так не наносит механических и повреждений отмываемой поверхности.
В патенте [3] описана жидкая очищающая композиция для удаления жировых загрязнений с твердых поверхностей, которая разработана для применения в бытовых условиях. Состав (мас.%): 0,0 -бис(2-аминопропил) полиэти-ленгликоль — 0,2-3; анионное ПАВ — 1-10; смесь гомо- и сополимеров акрилата винилпироллидона - 0,2-2; вода доЮО. Состав наносится на обрабатываемую поверхность и оставляется до полного высыхания, затем стирается с помощью салфетки. Наличие полиэтиленг-ликоля препятствует повторной адсорбции загрязнения на поверхности. В патенте [4] предложена очищающая композиция с высокой смачивающей и проникающей способностью. Данная композиция предназначена для очистки одежды. Состав (мас.%): RO-(EO)x-(PO) -(EO)v-H, где R- Ci2-Ci5, ЕО -оксиэтилен, РО - оксипропилен, х и х - 4-20, у - 1-4,5 - 15-40; вода до 100. Наличие высокой смачивающей и проникающей способности позволяет составу очищать глубоко проникшие загрязнения. В патенте [5] представлена очищающая композиция для бережного удаления загрязнений с кожи человека. Состав (мас.%): Натриевые соли смеси ку-мол-, ксилол- и толуолсульфонатов - 8-30; натриевые соли этоксилированных алкилсульфатов Cg-Cig — 2-15; полиэтиленгликоль (мол. мае. 150-1000) - 0-10; этоксилированный неионный ПАВ - 0,01-5; бензойная кислота - 0,1-5; натриевая соль кумолсульфата - 0-10; сульфат магния - 0,05-5; загуститель - 0-2; вода до 100. Приведенный состав может также использоваться в виде микроэмульсии при наличии в нем гидрофобного растворителя, например растительных масел и терпенов. Такие микроэмульсии будут обладать также смягчающими и бактерицидными свойствами.
В патенте [6] описана двухфазная очищающая композиция для рук. Состав (мас.%): алкилсульфат — 2-15; алкиламидобетаин — 0,01-15; сульфат магния, хлорид натрия и цитрат натрия - 12-20; полиэтиленгликоль - 2-30; вода до 100. Особенностью данной двухфазной композиции является то, что она не содержит органической фазы, обе фазы являются водными. Состав используется как основа для получения гелей для душа, пены для ванн и шампуней. Двухфазная система позволяет легко получать пены диспергированием одной фазы в другую.
В водных композициях также используются следующие ПАВ: этоксили-рованные жирные спирты [7], цвиттер-ионные ПАВ [8], аминооксидные ПАВ [9] и др. В большинстве составов используются неионогенные этоксилирован-ные ПАВ с высокой степенью этоксилирования, полиэтиленгликоли и алкил-сульфаты. Одновременное присутствие неионогенных и анионактивных ПАВ позволяется во многих случаях добиться синергетического эффекта.
В качестве органических растворителей чаще всего применяют гало-генпроизводные углеводороды, нефтяные фракции, легкие масла, спирты, кар-боновые кислоты С7-1б5 кетоны, жидкие парафины, этаноламины, ароматические соединения и др.
Положительным фактором при использовании органических растворителей является возможность организации замкнутого цикла обезжиривания. Отработанный растворитель после регенерации вновь подается на стадию очистки. Таким образом, исключается загрязнение окружающей среды вредными выбросами.
Ряд композиций органических растворителей со специальными добавками обладают консервационными свойствами. Растворители вытесняют с поверхности детали воду, и, тем самым, предотвращают коррозию металла. Если после очистки детали надо какое-то время хранить, то добавки (типа восков) после высыхания будут образовывать на поверхности пленку, предохраняющую металл от влияния атмосферной влаги. К преимуществам этих композиций можно отнести исключение стадии дополнительной промывки после основной очистки. Композиции на основе органических растворителей обладают высокой растворяющей способностью жиромасляных загрязнений при пониженных температурах, но их использование требует специального аппаратурного оформления. Органические растворители, как правило, являются токсичными, горючими и легко летучими соединениями. Многие из них способны разлагаться с образованием высокотоксичных соединений. Так, например, при действии УФ лучей на такие растворители как уайт-спирит, трихлорэтилен, перхлорэ-тилен, происходит их разложение с выделением фосгена, хлора и хлороводо-рода. Ниже представлены примеры композиций на основе органических растворителей.
В патенте [10] предложена органическая композиция, которая может быть использована для очистки разнообразных поверхностей. Данная композиция экологически безопасна. Состав (мас.%): ацетон - 30-33; метилпропил-кетон - 47,5-55; изопропанол - 10-11; н-бутилацетат - 5-6. Состав предназначен для мытья поверхностей транспортных средств, в частности самолетов. Представленная композиция удовлетворяет экологическим требованиям и может использоваться для мытья композитных и крашенных поверхностей. Состав наносится на поверхность и выдерживается в течение 5 мин, затем поверхность протирается и сушится обдувкой.
Физико-химический подход к созданию жидких очищающих композиций
В этом разделе приведены результаты исследований, выполненных в Естественнонаучном институте Пермского госуниверситета в рамках комплексной целевой научно-технической программы Минвуза РСФСР «Чистота» [30-33]. Настоящая диссертационная работа является логическим продолжением данных исследований, поэтому целесообразно привести обзор этих работ. При выполнении программы «Чистота» предложено разрабатывать жидкие композиции различного назначения не традиционным препаративным методом, а путем изучения многокомпонентных систем, включающих все составные части жидких средств. Исследовались модельные условно четырехкомпо-нентные системы, включающие ПАВ, органические растворители, активные добавки и воду. Изучение растворимости, физико-химических и функциональных свойств в таких системах позволяло находить оптимальные гомогенные жидкие композиции по ряду параметров. В качестве компонентов систем использованы поверхностно-активные вещества разных классов, органические растворители и активные добавки. Подбор компонентов осуществлялся в зависимости от назначения жидкой композиции. Для гомогенных смесей, исходя из поставленной задачи, определялись чистящая, моющая способности, вязкость, плотность, показатель преломления, поверхностное натяжение, температура вспышки, коррозионная активность к обрабатываемой поверхности, показатель рН, мутность и др. Компонентность систем иногда удавалось снизить путем использования так называемых условно чистых компонентов в качестве которых выступали смеси ПАВ, органических растворителей и активных добавок. При разработке очищающих средств, применяемых в быту, использовались синергетические смеси анионактивных и неионогенных ПАВ в соотношении 7:3 и сложный растворитель состава: 94% — воды, 5% - этанола (96%), 1% — водного раствора аммиака (25%) [34, 35].
Изучена условно трехкомпонентная система сложный растворитель -(70% ламепон - 30% синтамид-5) - активная добавка триполифосфат калия. В результате исследования функциональных и технологических свойств гомогенных смесей обнаружено, что максимальное значение чистящей 117% и моющей 98% способности совпадают по составу и отвечают точке состава, мас.%: вода -79,90; этанол - 4,25; аммиак - 0,85; ламепон - 8,40; синтамид-5 - 3,6; триполифосфат калия - 3,00. Соответствующие значения технологических свойств: П=0,0174 сПз, d=l,0400 г/см3, nD=l,3636, Mt=88%, tn=-5,3C, tr 5,5C. Установлено, что введение триполифосфата калия до 3% увеличивает чистящую и моющую способности композиций, дальнейшее повышение его концентрации приводит к снижению этих параметров.
В системе сложный растворитель - (70% алкилсульфонат - 30% ПЭГ-115) - активная добавка (90,8% трилон Б - 9,2% мочевина) максимальное значение усредненного параметра моюще-чистящей способности равно 89%, данное значение получено для состава, мас.%: вода - 89,30; этанол - 4,75; аммиак — 0,95; алкилсульфонат - 2,80; ПЭГ-115 - 1,20; трилон Б - 0,91; мочевина - 0,09; технологические свойства: Г) =0,0131 сПз, d=l,0006 г/см , nD=l,3502, Mt=99,5%, tn=-2,6C,t3=-3,rC[36].
В системе сложный растворитель - ПАВ (70% алкилсульфонат - 30% лю-тензол) - активная добавка (90,8% трилон Б - 9,2% мочевина) смесь с максимальной усредненной моющее-чистящей способностью 89,5% имеет состав, мас.%: вода - 75,20; этанол - 4,00; аммиак - 0,80; алкилсульфонат - 8,40; лю-тензол - 3,60; трилон Б — 7,26; мочевина - 0,74; технологические свойства: Г =0,0271 сПз, d=l,0421 г/см3, nD=l,3711, Mt=95%, tn=-4,6C, t=-6,9C [37].
Результаты научных исследований нашли практическое применение. На основании данных по растворимости в многокомпонентных системах с ПАВ проведена оптимизация рецептур жидких очищающих средств бытового назначения «Агат», «Вильва» и «Белизна».
При разработке технических моющих средств (ТМС) изучались системы, содержащие кроме ПАВ органические растворители: циклогексанол, изопропа-нол, уайт-спирит, бензин, скипидар и др. [38-41]. Некоторые из перечисленных растворителей не растворяются в воде, поэтому при подборе ПАВ учитывалась их гомогенизирующая способность в отношении расслаивающихся смесей, с целью получения максимальной области гомогенного состояния.
Результаты оптимизации свойств гомогенных смесей системы синтанол АЦСЭ-12 - изопропиловый спирт - циклогексанол - вода по температуре вспышки, моющей способности и коррозионной активности показали, что при одинаковых концентрациях воды и ПАВ в гомогенных смесях более высокими температурами вспышки обладают составы с большим содержанием циклогек-санола. Для повышения температуры вспышки смесей с высоким содержанием изопропилового спирта необходимо вводить значительное количество ПАВ (до 60%) и воды (до 70-80%). Моющая способность определена для гомогенных смесей с температурой вспышки выше 60С (значение, выше которого жидкости классифицируются как ГЖ, а не ЛВЖ). В качестве загрязнителей использовали СОЖ (водная эмульсия укринола) и индустриальное масло И-12А. Моющая способность относительно СОЖ выше 90%. Индустриальное масло отмывается на 60-70%. Оптимальные по моющей способности и температуре вспышки гомогенные смеси проверяли на коррозионную активность по отношению к стали, алюминиевому и титановому сплавам. Смеси не вызывают коррозии указанных материалов.
В системе ПЭГ-115 - изопропиловый спирт - циклогексанол - вода моющая способность определена только для растворов с температурой вспышки выше 40С. Исследованные составы показали высокий моющий эффект (выше 90%). Все изученные растворы имеют реакцию среды в интервале рН 6-7 и коррозионно неактивны по отношению к стали 12х18Н10Г и алюминиевому сплаву АМГ-6.
Результаты промышленных испытаний показали возможность замены ЛВЖ разработанными водно-органическими композициями. Высокая температура вспышки предложенных ТМС позволяет снизить пожароопасность производства н автоматизировать процесс очистки.
Определение плотности. Пикнометрический метод
Экспериментально плотность составов определяют одним из трех стандартных методов: ареометром, гидростатическими весами Вестфаля — Мора и пикнометром [54]. Из них наиболее быстрым является ареометрический метод, а наиболее точным - пикнометрический. Преимуществом пикнометрического метода также является использование сравнительно малых количеств анализируемой пробы.
Для определения плотности применяют стеклянные пикнометры с меткой различной емкости. Каждый конкретный пикнометр характеризуется так называемым «водным числом», т.е. массой воды в объеме данного пикнометра при 20С. Перед определением водного числа пикнометр промывают последовательно хромовой смесью, дистиллированной водой, этиловым спиртом и сушат. Чистый и сухой пикнометр взвешивают, затем с помощью пипетки наполняют дистиллированной водой, после чего термостатируют при 20С в течение 30 мин, закрывают пробкой и снова взвешивают.
Водное число m пикнометра вычисляют по формуле: m=m2-mb где ш2, nil - масса пикнометра соответственно с водой и пустого, г. Плотность анализируемых жидкостей определяют следующим образом. Сухой и чистый пикнометр наполняют с помощью пипетки исследуемым веществом, закрывают пробкой, термостатируют при 20С в течение 30 мин и взвешивают. Плотность рассчитывают по формуле: p=(m3-m1)/v, где іпз — масса пикнометра с веществом, г; mi - масса пустого пикнометра, г; v — объем исследуемого раствора, равный водному числу пикнометра, мл. Внутреннее трение жидкости (вязкость) определяется проще всего вискозиметром Оствальда [55]. Полученные величины относительны, т.к. их вычисляют, принимая внутреннее трение воды равным 1. Величина вязкости зависит от температуры, поэтому измерения должны проводиться в водяном термостате. После определения постоянной вискозиметра определяют время истечения исследуемой жидкости. Кинематическая вязкость определяется по формуле: V = (g/9,807)TK, где К — постоянная вискозиметра в мм /с ; V - кинематическая вязкость жидкости в мм /с; Т - время истечения в секундах; g - ускорение свободного падения в месте измерения в м/с . Материал загрязненных пластинок - алюминий; размер пластинок 45x45x0.5 мм; Объем моющего раствора 40 мл; время промывания -3 мин. Перемешивание раствора с погруженными в него пластинками осуществлялось на встряхивателе TF-III (ЧССР); Загрязнитель - машинное масло И-ЗОА; Ход определения: 1 .Наносят каплю загрязнителя, размазывают кисточкой по кругу и дают высохнуть пятну, затем еще раз наносят каплю и снова дают подсохнуть. Загрязненные пластинки оставляют до следующего дня. Кисточкой разравнивают пятно загрязнителя по пластинке. Взвешивают на аналитических весах с точностью ± 0,0002 г. 2.В баночки наливают моющий раствор, погружают туда пластинки, выдерживают при встряхивании 3 минуты, после чего осторожно, беря за ребро, достают пластинки. 3. Пластинки с тыльной стороны протирают фильтровальной бумагой и ставят на ребро, чтобы остатки моющего раствора стекали на фильтр. 4. Высушенную пластинку взвешивают на следующий день. Моющую способность исследуемых растворов МС рассчитывают по формуле: МС = (P2-P3/P2-Pi 100%, где Pi - масса чистой пластины, г; Р2 — масса пластины с модельным загрязнителем, г; Р3 - масса пластины после отмывания модельного загрязнителя, г.
В процессе мытья происходит адсорбция ПАВ на пластинках, что приводит к увеличению их массы, и, как следствие, к недостоверным результатам. Поэтому появляется необходимость в последующем промывании пластинок дистиллированной водой. Пластинки споласкивают дистиллированной водой, сушат в вертикальном положении в течение суток, после чего взвешивание повторяют. Результаты моющей способности усредняют для каждой концентрации ПАВ. Все измерения проведены при комнатной температуре 22±2С.
Сущность метода заключается в определении самой низкой температуры горючего вещества, при которой в условиях испытания над его поверхностью образуется смесь паров и газов с воздухом, способная вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточно высока для последующего горения [57]. Для этого испытуемый продукт нагревается в закрытом тигле с постоянной скоростью при непрерывном перемешивании и испытывается на вспышку через определенные интервалы температур.
Метод реализуется в диапазоне температур от -15 до +360С и не применим для испытания полимеризующихся при нагревании, гидролизующихся и быстро окисляющихся жидкостей. Аппаратура, используемая для определения температуры вспышки в закрытом тигле включает в себя следующие элементы: тигель, снабженный хорошо пригнанной крышкой с мешалкой, открывающейся заслонкой и зажигающей горелкой; воздушная баня для нагревания тигля с исследуемой жидкостью; термометры с делением шкалы не более 1С; секундомер с погрешностью не более 1 с для контроля скорости нагревания жидкости; барометр; смесь охладительная или камера холодильная. Подобное описание подготовки к испытаниям, проведения испытаний и обработки результатов приведено в [57].
Симлекс-решетчатые планы для четырехкомпонентной смеси
При планировании эксперимента для решения задач состав-свойство предполагается, что изучаемое свойство является непрерывной функцией аргументов и может быть с достаточной точностью представлено полиномом.
Оценку среднеквадратичной погрешности результата измерений функции отклика в точках плана эксперимента можно получить следующим образом. Если оценки для дисперсии погрешности результата серии измерений оказываются гораздо меньше, чем погрешность измерительного прибора, определяемая классом точности последнего, то только погрешность прибора определяет погрешность окончательного результата серии измерений. Приборная погрешность б обычно равна утроенной дисперсии распределения погрешностей прибора 3 тПрнб, т.е. погрешности, соответствующей надежности а=0,997.
Критерий Стьюдента можно использовать для двух целей: для построения доверительного интервала для значений отклика и для проверки гипотезы о принадлежности контрольных точек построенной модели.
Для проверки гипотезы о принадлежности контрольной точки построенной модели составляется отношение разности экспериментального и расчетного значений отклика в контрольной точке к среднеквадратичной погрешности этой разности.
Из использованных в работе растворителей только скипидар образует с водой расслаивающиеся смеси. В связи с этим для сравнения гомогенизирующей способности ПАВ изучена растворимость в трехкомпонентных системах ПАВ - скипидар - вода при 25С. Изотерма растворимости системы ПЭГ-115 - скипидар — вода Установлено, что ПЭГ-115 не растворяется в органическом растворителе. Растворимость ПАВ в воде составляет 57,5 мас.%. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в системе возникает трехфазное монотектическое равновесие Li+L2+S, где L - жидкая фаза, S — твердая фаза (рис. 2.). Область расслаивания Li+L2 примыкает к стороне треугольника состава вода - скипидар; к стороне треугольника состава ПЭГ-115 - вода примыкает область гетерогенных составов L+S и область гомогенных составов L.
Обнаружено, что ПЭГ-115 обладает невысокой гомогенизирующей способностью по отношению к системе вода — скипидар. В ней практически нет гомогенных смесей. Составы насыщенных растворов системы представлены в приложении 1, табл. 1.
Установлено, что растворимость синтанола АЛМ-10 в воде составляет 93,5%, в скипидаре - 2,5%. В системе выявлены две области гетерогенного состояния: обширная область расслаивания, примыкающая к стороне скипидар-вода, и поле гетерогенных составов, расположенных вдоль стороны треугольника синтанол АЛМ—10-скипидар. Область гетерогенных смесей располагается до изоконцентраты воды 6,5 мас.% (рис. 3.). 20 40 мас% 60 80 100 синтанол АЛМ-10 скипидар
Изотерма растворимости системы синтанол АЛМ-10 - скипидар - вода Максимальное содержание синтанола АЛМ-10 в расслаивающихся смесях вода - скипидар 45 мас.%, при более высоких концентрациях ПАВ раство ры становятся гомогенными. Составы насыщенных растворов представлены в приложении 1, табл. 2.
Изотерма растворимости системы оксифос Б - скипидар - вода Совместная растворимость компонентов системы осложнена процессами образования гелей и стабильных эмульсий. Эмульсии образуются внутри области расслаивания вблизи бинодали. В гомогенной области вблизи бинодали наблюдается образование стабильных и прозрачных гелей. Это свойство может быть использовано для получения гелеобразной товарной формы очищающего средства. Известно, что гелеобразные гомогенные очищающие средства имеют следующие преимущества перед жидкими гомогенными очищающими средствами [60]: применение гелей позволяет снизить количество наносимого средства при обработке; гели обладают менее выраженной ингаляционной токсичностью, тле летучие вещества, входящие в состав рецептуры, связываются в гель; при транспортировке и розливе больших количеств средства они представляют меньшую опасность для окружающей среды за счет меньшей вязкости и текучести. Максимальное содержание оксифоса Б в расслаивающихся смесях вода — скипидар 44 мас.%. При более высоких концентрациях ПАВ растворы становятся гомогенными. Составы насыщенных растворов системы представлены в приложении 1, табл. 3.
