Изучение гиббсовской адсорбции поверхностно-активных веществ в водных растворах и растворах перхлорэтилена

УДК 544.723.212

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ СЕРВИСА

Изучение гиббсовской адсорбции поверхностноактивных веществ в водных растворах и растворах перхлорэтилена

А.А. Агеев, К.К. Куклева

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,

Л.К. Жигунова., И.А. Белова

Российский химико-технологический университет им. Менделеева

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) играют главную роль во всех стадиях моющего процесса. Несмотря на сегодняшнюю общепризнанность этого положения, некоторые аспекты состояния ПАВ в растворах и механизм влияния ПАВ на различных стадиях моющего действия изучены недостаточно. ПАВ широко применяется для модификации поверхностных свойств текстильных и других материалов. Однако адсорбция ПАВ на различных технологически важных поверхностях (например, на текстильных волокнах) изучена слабо, особенно в случае неводных растворов. Поэтому представляется актуальным (в том числе и с методической точки зрения) накопление экспериментальных данных по физической химии растворов ПАВ, и получение эмпирических (на первом этапе) уравнений связи между различными свойствами и составом системы.

Нами изучены поверхностные свойства трех ПАВ: додецилсульфата натрия, 3-оксо-2-сульфаторида перфторундекана, оксифоса Б. Последний ПАВ представляет собой технический продукт, широко при-

меняющийся в составах химических препаратов для химчистки, стирки и клининга. Два первых ПАВ — индивидуальные вещества высокой степени очистки. До-децилсульфат натрия — анионактивное ПАВ. Оксифос Б также анионактивное ПАВ, но сложного строения общей формулы:

[СН2п+1О(С2Н4О)5]2РООК, где n=8-10.

F-ПАВ, изученное нами, также представляет собой неионогенное соединение, перфторированный суль-фокетон.

Межфазное натяжение растворителя на границе раствор ПАВ—насыщенный пар измерялось по методу наибольшего давления в пузырьке на приборе Ребиндера. Экспериментально получены изотермы поверхностного натяжения при Т=293 К. На изотермах поверхностного натяжения оксифоса Б были обнаружены минимумы, характерные для “грязных” ПАВ, имеющих примеси как поверхностно-активных, так и поверхностно-инактивных веществ (рис. 1).

10

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ СЕРВИСА

Интересна обнаруженная инактивность в области больших разбавлений. Это свидетельство хорошей чувствительности эксперимента, поскольку, по мнению многих авторов [1], инактивность имеет место на всех

изотермах, если удается провести эксперимент при достаточно низких концентрациях. В целом оксифос Б и в воде и в ПХЭ (перхлорэтилен) (рис. 2) проявляет относительно слабую поверхностную активность.

Рис. 2. Изотерма поверхностного натяжения оксифос Б — ПХЭ

Значительно большую поверхностную активность проявляет перфторированный сульфокетон, причем не

только в воде, но и в ПХЭ, где обычные углеводородные ПАВ неэффективны или вовсе инактивны (рис. 3).

G*10 80 -| 3, н у /м

Ч v Ч V

S ч V -ч

- -- - --

on . \

У  ' Чч

0,0 05 0, 31 о,с 15 0,02 С,моль/л

Рис. 3. Изотермы поверхностного натяжения:--- F ПАВ —вода; —.—.— F ПАВ —ПХЭ;

-------додецилсульфат натрия —вода

11

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ СЕРВИСА

Для целей дальнейшей обработки желательно таблично заданные функции а = f(C) представить в аналитическом виде. Для этого экспериментальные данные аппроксимировались степенным рядом по методу наименьших квадратов (рис. 4). На этом же рисунке показаны результаты дифференцирования аппроксимирующей кривой для получения значений гиббсовской

G*103 Н/м

адсорбции: с ^

T~~^T~dC’

где C — концентрация раствора, моль/л; а — поверхностное натяжение, н/м; R — универсальная газовая постоянная, Дж/моль К; T — термодинамическая температура, К.

Г*105моль/м2

Рис. 4. Изотермы поверхностного натяжения и гиббсовской адсорбции:- F ПАВ —вода;

—.—.— F ПАВ - ПХЭ;-------додецилсульфат натрия - вода.

Значительно большую поверхностную активность проявляет перфторированный сульфокетон, причем не только в воде, но и в ПХЭ, где обычные углеводородные ПАВ неэффективны или вовсе инактивны (рис. 3).

Величина поверхностной активности, _lim do_ ,

приведена в таблице. с_>0 dC

Величина Гтах , определяемая как точка перегиба на кривой а = f(C) или максимум на кривой Г = f(C) , должна быть эквидистантной величине поверхностной активности, что мы в нашем случае и наблюдаем в таблице.

В таблице приведены и значения площади, занимаемой одной молекулой ПАВ в насыщенном адсорбционном слое ( ю _ 1 , где N = 6,023*10 2моль -1

a

— число Авогадро). Можно обоснованно предполо-

жить, что насыщенный адсорбционный слой перфто-рированного кетона в воде представляет собой “частокол Ленгмюра”, где полярная часть находится в воде, а гидрофобные ’’хвосты” в газовой фазе вертикально ориентированы. На поверхности ПХЭ молекулы пер-фторированного сульфокетона расположены “плашмя”, реализуя дисперсионные взаимодействия гидрофобной части с неполярными молекулами ПХЭ [2].

Кроме описанных выше коллоидно-химических характеристик изученных систем, результаты работы позволяют сделать два важных технологических вывода.

1. Углеводородные ПАВ не проявляют поверхностной активности в растворителе химической чистки.

2. Эффективными компонентами препаратов для химической чистки могут быть перфторированные ПАВы.

Таблица

Характеристики поверхностной активности ПАВ

Система дж-м Гпшх>моль/м 2*1()5 со ,м2 *1020

S > моль

Додецилсульфат натрия-вода 3,929 0,59 28

Перфторированный сульфокетон-вода 6,329 1,16 14

Перфторированный сульфокетон-ПХЭ 13,574 0,43 38

12

------------------------МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ СЕРВИСА-------------------------------

Литература

1. Поверхностно-активные вещества. Справочник//Абрамзон А.А., Бочаров В.В., Гаевой Г.М. и др.— Л.: Химия, 1979. — 376 с.

2. Фролов Ю.Г Курс коллоидной химии. — М.: Химия, 1982. — 399 с.

УДК 677.026.4:625.712;644.65

Применение геотекстильных нетканых материалов

в дренажных системах

Ю.Я.Тюменев, М.Ю.Трещалин, В.С.Мандрон, Ю.В.Назарова

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Международная академия предпринимательства, г. Москва, НПО «Энергия ПЛЮС», г. Ярославль

Производство нетканых материалов с каждым годом получает все большее развитие. Принципиально новые технологии, широкие возможности вовлечения в производство различных сырьевых ресурсов, в том числе непригодных для переработки по классическим текстильным технологиям, комбинирование материалов и технологий позволяют создавать нетканые материалы с новыми свойствами и использовать их в областях, где ранее текстиль вообще не применялся [1,3].

Одно из новых направлений, в котором нетканые материалы получили распространение, — это геотекстильные материалы. Данные материалы используются в разных областях — от строительства в условиях слабых оснований, защиты и армирования откосов до создания прослоек различного назначения в дорожных конструкциях, а также при проведении мелиоративных мероприятий [2].

Мировой и отечественный опыт подтверждает высокую эффективность применения геотекстиля в строительстве фундаментов различных зданий, отмечается снижение затрат при строительстве, реконструкции и ремонте автодорог, особенно при удорожании добычи и доставки к месту проведения работ традиционно используемых материалов (песка, щебня и др.).

Геотекстильные материалы выполняют избирательно или в комплексе различные функции:

— предотвращение смешивания двух или нескольких прилегающих грунтов, отличающихся различным гранулометрическим составом;

— усиление конструкций насыпей, в том числе откосов, оснований в результате перераспределения геотекстильным материалом напряжений, возникающих в грунтовом массиве;

— предотвращение выноса грунтовых частиц в результате волнового воздействия, водного течения, давления воды из выклинивающихся водоносных горизонтов, предотвращение загрязнения традиционных дренажей;

— ускорение отвода воды в плоскости полотна и нормальном ей направлении;

— уменьшение или исключение притока воды в грунты рабочей зоны сооружений.

В зависимости от областей применения геотекстильных материалов и выполняемых ими функций к ним предъявляются различные требования и нормы показателей физико-механических и эксплуатационных свойств, которые должны быть учтены производителями при разработке, изготовлении и контроле качества нетканых материалов.

В контексте применения геотекстиля для технических нужд [1, 2] необходимо остановиться на вопросах отвода избыточной влаги в виде грунтовых и дождевых вод, оказывающих негативное воздействие на функционирование дорожной насыпи, фундаменты зданий и промышленных сооружений, другие объекты коммунального хозяйства и сервиса.

Анализ существующих в настоящее время дренажных систем позволяет сделать вывод о том, что самую надежную защиту зданий и сооружений обеспечивает устройство пристеночного и горизонтального пластового дренажа с использованием геокомпозитов в сочетании с трубчатым дренажом. Геокомпозиты различных конструкций, в том числе с использованием геотекстильных нетканых материалов, можно применять при любом типе грунта и глубине заложения сооружения до 15—20 м, а также в условиях воздействия агрессивных грунтовых вод. Кроме того, геокомпозиты весьма эффективны при устройстве внутреннего дренажа зданий, их применение исключает возможность образования конденсата на стенах и в углах помещения, обеспечивает надежную защиту эксплуатируемого сооружения от попадания влаги и сохраняет внутренние конструкции сухими в процессе всего периода эксплуатации объекта.

Большинство синтетических материалов, используемых в настоящее время, достаточно устойчиво к

13