CC BY
59
дились при скорости 20 мм/мин. В табл. 2 приведены значения прочности при растяжении и относительного удлинения полученных образцов микропластиков.
Как видно из данных табл. 2, прочность при растяжении модифицированных микропластиков существенно выше (на 25-30%) по сравнению с ^модифицированными. Наиболее высокие значения прочности достигнуты при введении 15-20% глицидиловых эфиров и небольших количеств олиго-эфиркарбонатов. На относительное удлинение модификаторы также оказывают значительное влияние. В частности, добавление 3% ОЭК-1 увеличивает относительное удлинение от 1,3% для немодифицированного микропластика до 2,03% для модифицированного соответственно.
Таким образом, показано, что использование олигомерных модификаторов позволяет повысить деформационно-прочностные характеристики эпоксиноволачных связующих и углепластиков на их основе. Разработаны модифицированные связующие, проведена оптимизация их составов и изготовлены опытные образцы углепластиков с улучшенными свойствами.
Библиографические ссылки
1. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам/ Пер. с англ. - М.: Энергия, 2-ое издание, 1973. - 416 с.
2. Мэттьюз Ф., Роллингс Р. Композитные материалы. Механика и технология/ Пер. с англ. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.
3. Зеленский Э.С., Куперман А.М., Горбаткина Ю.А., Иванова-Мумжиева В.Г., Берлин А. А. Армированные пластики - современные конструкционные материалы. - Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001, т. ХЬУ, № 2, с. 56-74.
4. Углеродные волокна: Пер. с япон./ Под ред. С. Симамуры,- М.: Мир, 1987-304 с.
УДК 667.6:628.978.3
Н.Е. Шерстнева, Н.А. Карапузова, М.В. Антонова, Н.А. Аланович Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ НА ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ЛЮМИНОФОРСОДЕРЖАЩИХ
ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ СУСПЕНЗИЙ
This work is devoted to investigation of effect peripheric speed on dispersion of phosphor containing water disperpertion suspensions. There is shown that with small shear stress created with disk mixer at speed of no more 4 m/sec the process isn’t effective. It was found that with processing speeds more 10,4 m/sec phosphor based on strontium aluminate decomposes at disper-
sion. Optimal values of peripheric speed to dispersion of phosphor containing water disperpertion suspensions were found.
Работа посвящена исследованию влияния окружной скорости на диспергирования люминофорсодержащих воднодисперсионных суспензий. Показано, что при малых сдвиговых напряжениях, создаваемых дисковой мешалкой со скоростью не более 4 м/с, процесс идет неэффективно. Установлено, что при скоростях переработки более 10,4 м/с при диспергировании происходит разложение люминофора на основе алюмината стронция. Получены оптимальные значения окружной скорости для получения диспергирования люминофорсодержащих воднодисперсионных суспензий.
В настоящее время люминофорсодержащие лакокрасочные материалы представляют собой перспективный объект для развития лакокрасочной промышленности. Светящиеся красочные композиции предназначены для получения маркировочных, индикаторных покрытий стрелок и шкал приборов и оборудования, светящихся надписей и т.д.
Основным процессом при получении лакокрасочных материалов, в том числе и люминофорсодержащих, является диспергирование.
Известно, что эффективность диспергирования дисперсных паст зависит от ряда технологических параметров, например типа перемешивающего устройства, числа оборотов и т.п.
В промышленности в качестве перемешивающих устройств для переработки средневязких систем, в основном, используют дисковые мешалки, которые способны обеспечить высокие сдвиговые напряжения.
Дисковые мешалки могут создавать высокие окружные скорости при потреблении небольшой мощности. Энергия перемешивания передается жидкости в непосредственной близости от диска в результате трения диска о жидкость. Ввиду больших окружных скоростей вокруг диска возникают большие градиенты скоростей, что приводит к возникновению высоких напряжений сдвига. Дополнительный эффект сдвига может быть получен, если использовать несколько дисков, а так же при изменении их формы, например придания профиля фрезы [1].
Естественно, что такая конструкция изделия оказывает влияние на величину критериев Рейнольдса, Фруда и т.п.
Известно, что при диспергировании протекают различные физикохимические процессы, под действием сдвиговых напряжений, в том числе и дезагрегация [2]. На рис. 1 приведена типичная временная зависимость изменения дисперсности люминофорсодержащих паст при использовании мешалки с тремя дисками для диспергирования.
Изменение размера частиц дисперсной фазы в процессе диспергирования в дифференциальном виде представляется соотношением [3]:
dr
— = -гКп dt
где t - продолжительность процесса; Кц - константа скорости диспергирования, равная отношению скорости дезагрегации к размерам агрегатов в данный момент процесса.
При ее построении в полулогарифмических координатах получаются две пересекающиеся прямые (рис.2), что позволяет процесс диспергирова-
ния условно разделить на две стадии - стадию быстрого снижения степени диспергирования и стадию медленного.
и
а &
>5 О В и
а
и с
о N
4
сг
N н
3
V
а
и
5
3 1!
Время диспергирования, мин
Рис. 1. Типичная зависимость изменения степени дисперсности от длительности диспергирования люминофорсодержащих воднодисперсионных паст
Для этих стадий можно рассчитать константу скорости [3]:
Ко = (1п го - 1т) Н
Время диспергирования, мин
Рис. 2. Временная зависимость степени диспергирования по «Клину» в полулогарифмических координатах.
Естественно, что обе стадии по времени могут накладываться друг на друга, поэтому и переход процесса из первой стадии во вторую является условным.
При диспергировании люминофорсодержащих воднодисперсионных паст вначале преимущественно происходит разрушение крупных агрегатов по слабым точечным контактам, а затем по более прочным - плоскостным, о чем свидетельствуют полученные значения констант скорости (см. таб. 1).
Следует отметить, что в системах, полученных при окружной скорости от 10,4 м/с (частоте вращения мешалки 4000 об/мин.) и выше, визуально наблюдалось изменение окраски пасты и нарушение ее седиментационной устойчивости, а по данным рентгенофазового анализа в составе дисперсной фазы были обнаружены продукты деструкции люминофора при его взаимодействии с водой. Вероятно, при интенсивном перемешивании (о чем свидетельствует возрастание критерия Рейнольдса) улучшаются массообменные процессы, в том числе дезагрегация частиц дисперсной фазы. По-видимому, поверхностно-активные вещества не успевают образовывать плотные ад-сорбционно-сольватные оболочки на ее частицах, что приводит к контакту люминофора с водой. Обращает на себя внимание тот факт, что в системах, где были обнаружены продукты деструкции люминофора, происходило возрастание pH больше 7. Вероятно это связанно с тем, что одним из продуктов гидролиза люминофора является гидроксид стронция, который, по-видимому переходит в водную фазу и влияет на pH.
Как видно из полученных данных с увеличением числа оборотов значение константы возрастает, что свидетельствует об интенсификации процесса дезагрегации.
Таблица 1. Зависимость характеристик люминофорсодержащих воднодисперсионных паст от числа оборотов дисковой мешалки.
Окружная скорость, м/с Число оборотов, -1 мин Размер частиц дисперсной фазы, мкм Кш ,с1 Кш, с1 Яе Бг pH
2,08 1000 63 2 0,83 3,68 1ДЗ 6,6
4,17 2000 58 7,04 0,938 9,61 4,52 6,8
5,21 2500 55 8,02 1,29 13,16 7,08 6,8
6,25 3000 50 8,33 1,85 16,98 10,19 6,8
7,29 3500 48 12,61 2,37 21,05 13,87 6,9
8,33 4000 32 15 3,06 25,41 18,13 6,9
10,40 5000 Разрушение люминофора - 34,69 28,30 7,3
Композиции, полученные при диспергировании с окружной скоростью менее 4 м/с характеризуются высокой степенью дисперсности и седиментационной неустойчивостью. Очевидно, это обусловлено низкими сдвиговыми напряжениями и диспергирование в этих условиях не эффективно.
При диспергировании с окружной скоростью от 6,25 до 7,5 м/с были получены седиментационно-устойчивые композиции с размером частиц дисперсной фазы около 50 мкм по прибору типа «клин». По-видимому, это связано с тем, что поверхностно-активные вещества успевали адсорбироваться на дезагрегированной поверхности, чему способствовала относительно невысокая окружная скорость.
Таким образом, для переработки люминофорсодержащие пасты необходимы сравнительно мягкие условия (небольшие скорости сдвига), а размер частиц дисперсной фазы будет около 50 мкм. Поэтому нами было высказано предположение, что возможно такие пасты приготавливать при использовании мешалки типа «фреза». Такой тип перемешивающий устройств, традиционно, используется для «преддиспергирования», в результате которого разрушаются только крупные агрегаты твердой фазы, ввиду невысоких сдвиговых напряжений.
В результате исследований в целом, наблюдалась схожая картина (см таблицу 2), однако, даже наилучшая композиция, полученная при диспергировании с окружной скоростью 3,35 м/с, была седиментационно неустойчива.
Табл. 2. Зависимость характеристик люминофорсодержащих воднодисперсионных паст от числа оборотов мешалки типа «фреза»
Окружная скорость, м/с Число оборотов, мин"1 Размер частиц дисперсной фазы, мкм К-В1 ,с1 К-В2 ,С 1 Яе ¥г pH
1,70 1000 75 1,85 0,983 2,37 0,91 6,8
3,35 2000 62 4,22 0,267 6,22 3,62 6,8
5,02 3000 Разрушение люминофора - 11,00 8,15 6,8
5,86 4000 Разрушение люминофора - - 16,46 14,51 6,9
Таким образом, для получения стабильной воднодисперсионной люминофорсодержащей пасты необходимо использовать диспергаторы с дисковыми мешалками с окружной скоростью 6,25 - 7,5 м/с.
Библиографические ссылки
1. Брагинский Л.Н. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета/ Л.Н. Брагинский, В.И. Бегачев, В.М. Бара-баш. Л.: Химия, 1984. 336с.
2. Нестерова А.Г. Технология композиционных лакокрасочных материалов и покрытий/ А.Г. Нестерова, Н.А. Апанович. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. 60с.
3. Индейкин Е.А. Пигментирование лакокрасочных материалов/ Е.А. Ин-дейкин, Л.Н. Лейбзон, И.А. Толмачев. Л.: Химия, 1986. 160с
