CC BY
14
УДК ББ1.92/ББ.083.4/ББ1.8...8 DOI: 10.15587/2312-8372.201Б.7Б525
Блинков н. А., рыщенко и. м., русинов А. и.
влияние давления на устойчивость и способность к осушке водонасыщенных газов
Описано взаимосвязь между свойствами неорганических солей, образующих кристаллогидраты, и воздействующим на них давлением. Подбор неорганических адсорбентов, согласно литературным данным, способных к присоединению дополнительных моль воды при повышенном давлении, продемонстрировал разную чувствительность к изменению воды, которая зависит от свойств металлического элемента. Помимо разной чувствительности в зависимости от степени изменения давления, адсорбенты показали и различный состав по степени связывания воды.
Илпчевые слова: давление, кристаллогидраты, металлы, спекроскопия, лиганды, связь, электроотрицательность, гидратация.
1. введение
Кристаллогидраты являются комплексными соединениями, в которых химическая связь между молекулами воды и катионами или анионами неорганического вещества выше, нежели между катионом и анионом [1]. Это дает возможность образовывать катионам аквакомплек-сы — разновидность комплексных соединений, которые в твердом состоянии и именуются кристаллогидратами.
Вследствие этого кристаллогидраты устойчивы при низких температурах, а при ее повышении они разлагаются. Причина этого заключается в том, что как известно, соединения с преимущественно ионной связью хорошо растворимы и почти нацело диссоциируют в полярных растворителях. Это позволяет им хорошо растворяться в них и сольватироваться молекулами растворителя [2]. При повышении температуры прочность сольватов уменьшается, а при ее снижении, наоборот, повышается [3].
Однако, помимо температуры, на устойчивость кристаллогидратов оказывает влияние и давление. Давление играет ключевую роль при образовании кристаллогидратов, так как последние в определенной степени по структуре напоминают лед, что обуславливает актуальность проведенного исследования. В кристаллогидратах вода, которая называется кристаллизационной, так же как и в обычном льде, также находится в определенных фазах, которые идентичны фазам водяного льда [4].
2. объект исследования и его технологический аудит
Объектом исследования являются неорганические кристаллогидраты (НК), а также изменения их различных характеристик при изменении давления.
По мнению авторов статьи, давление будет оказывать различное влияние на устойчивость НК. При его повышении стабильность НК будет увеличиваться, а понижение давления приводит к разложению неорганических кристаллогидратов. Поэтому при регенерации последних используют пониженное давление и даже вакуум. Это связано с плавлением таких кристаллогидратов в кристаллизационной воде при повышенных температурах. Органические гидраты и кристаллогидраты обладают
меньшими прочностями. Разложение неорганических кристаллогидратов в большинстве случаев требует нагревания, или же сильного вакуума. Это связано с тем, что процесс разложения кристаллогидратов является эндотермическим [5].
3. Цель и задачи исследования
Цель исследования — установка зависимости состава образующихся кристаллогидратов при осушении воздуха при различных давлениях, а также определение влияния времени на данный процесс.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить такие задачи:
1. Определить влияние давления на осушающую способность неорганических солей, способных к образованию кристаллогидратов.
2. Определить влияние давления на состав кристаллогидратов, полученных после осушки водонасыщенного воздуха.
3. Определить чувствительность к давлению в зависимости от катиона металлического элемента и его положения в Периодической системе.
Для выполнения поставленных задач применяли такие действия:
1) проводили анализ литературных данных для поиска подходящих адсорбентов, свойства которых позволяют менять мольный состав при повышении давления;
2) проводили прогонку воздуха через слои адсорбентов при разных давлениях — при атмосферном давлении, и при повышенных давлениях — 1,5; 2 и 3 атмосферы;
3) вычисляли путем спектроскопии процентный состав воды в кристаллогидратах;
4) определяли время, необходимое для полного удаления влаги из воздуха в зависимости от различных давлений [6-8].
4. Анализ литературных данных
Литературные данные, в частности, об образовании гидратированных ионов, свидетельствуют о том, что основную роль играют свойства катионов металлических элементов в них. Подавляющее большинство ис-
18 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30], 2016, © Блинков Н. А., Рыщенко И. М.,
Русинов А. И.
следований, посвященным свойствам гидратированных ионов и их исследованию, выполняли советские ученые в 60-80-х годах XX века. Исследования в западной литературе, посвященные этому явлению, невелеки, и связаны в основном с селективным применениям этих катионов в некоторых отраслях.
Катионы обладают способностью сольватировать молекулы воды, иногда анионы также обладают способностью к присоединению по механизму водородных связей. Избыточное давление является не только необходимым фактором для стабильности гидратированных ионов, но обладает способностью ускорять их образование при избытке [9, 10].
При низком дипольном моменте взаимодействие с водой затрудняется, однако известны гидраты неполярных веществ — таких, как галогены (С12 ■ 6Н20), в котором связь С1-С1 неполярна, и даже инертных одноатомных газов — например, аргона [11].
Наличие ван-дер-ваальсовых связей позволяет существовать веществам с низким дипольным моментом в твердом, жидком виде при низких температурах. Эти связи и являются движущими силами для образования клатратов (иногда именуемых газовыми гидратами) неполярных молекул. Однако повышение давления позволяет влиять как на силы взаимодействия ван-дер-ваальсовых сил, так и классических ковалентных сил [12, 13].
Длина связей в кристаллогидратах между катионом, образующим гидратированный ион и атомами кислорода, входящими в молекулу воды, зависит от количества гидратированных молекул воды, но в пределах некоего координационного числа. Существуют механизмы образования двойной координационной связи, при наличии кислородсодержащего аниона он также вовлекается во взаимодействие, составляя конкуренцию воде, из-за чего эффективность адсорбента понижается, так как он может связать меньшее число моль воды [14, 15].
При повышении координационного числа дополнительные моли воды связываются по связям через основные моли воды, и длина связи Ме+...ОН2 увеличивается, а сила связи — сокращается, что иллюстрирует табл. 1.
На основные моли воды присоединение дополнительных не влияет, однако все же такие кристаллогидраты обладают меньшей стойкостью, что и объясняет их медленное образование и меньшую термическую стойкость [16].
5. материалы и методы исследований
Для опыта выбирали такие неорганические и органические соли, которые отличались условиями образования кристаллогидратов, а также были устойчивы при повышенном давлении. Целью работы было установление состава кристаллогидратов при воздействии на них давления.
В качестве исследуемых солей применяли четыре неорганических адсорбента в разных количествах, данные о которых иллюстрирует табл. 2.
1. Литий бромид, который способен образовывать кристаллогидраты с 1, 2, 3 и 5 молекулами воды. Обладает способностью чутко реагировать на изменение давления, по этой причине он применяется в кондиционерах с целью осушки поступающего теплого воздуха от избытка паров воды. При охлаждении воздуха пары в нем конденсируются, и чтобы от них избавится, их при пониженном давлении и конденсации выводят наружу.
2. Калий ортофосфат, способный к образованию нонагидрата при низких температурах и образующий ряд кристаллогидратов с различным числом присоединенных моль воды.
3. Меди сульфат, который в обычных условиях образует пентагидрат CuSO4 ■ 5Н20. Однако при повышенных давлениях возможно образование гептагидрата ^04 ■ 7Н20.
4. Кадмий сульфат, который образует моногидрат CdSO4 ■ Н20, повышение давления дает кристаллогидрат смешанного состава 3CdSO4 ■ 8Н20 [17-19].
Таблица 2
Список применяемых адсорбентов и их масса
Адсорбент V, моль Молярная масса, г/моль Масса примененного сорбента (г)
LiBr 0,315 87 27,4
K3PG4 0,136 213 28,9
CuSO4 0,189 160 30,2
CdSO4 0,944 209 197,3
Были обработаны данные о составах наиболее устойчивых при атмосферном давлении и образующихся при непосредственном контакте на воздухе с влагой у данных неорганических солей.
Для исследований применяли поэтапное повышение давления от 1 до 3 атмосфер. Для получения высокого давления применяли насос высокого давления «УВД-4/630».
Осушению подвергали насыщенный парами воды объем воздуха, который находился при 293 К. В воздухе находилось 17 г/м3 воды, воздух был максимально насыщен для этой температуры парами воды (относительная влажность = 100 %). Вентилятором поэтапно прогонялся насыщенный водяной пар при объеме в 1 м3 до полной его осушки, достигаемой адсорбентом (она варьирует от способности адсорбента).
В качестве материалов применяли 4 неорганические соли, способные к образованию кристаллогидратов при соответствующих условиях.
6. результаты исследований
После применения повышенного давления удалось вначале отметить значительное ускорение осушки воздуха. Дальнейшее повышение давления привело к фиксации кристаллогидратов повышенного состава, а также ненасыщенного состава, что свидетельствовало о том, что образование кристаллогидрата с большим числом моль воды становится выгодным вследствие усиления анионного или катионного механизма связывания данных молекул воды [16]. Результаты исследований иллюстрирует табл. 3.
Таблица 1
Зависимость длины связей от металла, образующего гидратированный катион
Катион металлического элемента Li+ K+ Cd2+ Cu2+
Состояние гидратирован-ного катиона в устойчивом кристаллогидрате MH2DW+ ШНгЩ2+ [Cu(H2DW2+
Длина связей М.. .□ (пм) 115 пм 287 пм 262 пм 195 пм
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(30], 2016
Таблица 3
Процентный мольный состав кристаллогидратов при четырех различных давлениях, измеренный с помощью ЯМР-спектроскопии
Применяемое давление (атм), основной состав кристаллогидрата, и его чувствительность к изменению давления (АР) Шг К3Р04 CdS04 СиБ04
Очень высокая чувствительность Высокая чувствительность Средняя чувствительность Низкая чувствительность
1 УВг • 3Н20 — 90 % К3Р04 • 7Н20 — 80 % CdS04 • Н20 — в 70 % СиБ04 • 5Н20 — почти 100 %
УВг • 2Н20 — 6 % К3Р04 • 3Н20 — 15 % 30[Е04 • 8Н20 — 15 % Остальные кристаллогидраты — в следовых количествах
Шг • 5Н20 — 3 % К3Р04 • 1,5Н20 — 5 % Безводный CdS04 — 15 % —
Остальное — 1 % — — —
1,5 Шг • 5Н20 — 45 % К3Р04 • 9Н20 — 10 % 30[Е04 • 8Н20 — 20 % СиЭ04 • 7Н20 — 5 %
Шг • 3Н20 — 40 % К3Р04 • 7Н20 — 65 % CdS04 • Н20 — в 50 % СиЭ04 • 5Н20 — 90 %
Шг • 2Н20 — 15 % К3Р04 • 3Н20 — 15 % — СиЭ04 • 3Н20 — 5 %
Остальное — 5 % К3Р04 • 1,5Н20 — 5 % — —
2 Шг • 5Н20 — 50 % К3Р04 • 9Н20 — 30 % 30[Е04 • 8Н20 — 30 % СиЭ04 • 7Н20 — 15 %
Шг • 3Н20 — 5 % К3Р04 • 7Н20 — 30 % CdS04 • Н20 — в 25 % СиЭ04 • 5Н20 —70 %
Шг • 2Н20 — 5 % К3Р04 • 3Н20 — 15 % CdS04 (безводный) — 55 % СиЭ04 • 3Н20 — 15 %
Безводный Шг — 40 % К3Р04 • 1,5Н20 — 15 % — —
3 Шг • 5Н20 — 55 % К3Р04 • 9Н20 — 70 % 30[Е04 • 8Н20 — 30 % СиЭ04 • 7Н20 — 40 %
Шг • 3Н20 — 5 % К3Р04 • 7Н20 — 5 % CdS04 • Н20 — 7 % СиЭ04 • 5Н20 — 20 %
Шг • 2Н20 — 5 % К3Р04 • 3Н20 — 15 % CdS04 (безводный) — 63 % СиЭ04 • 3Н20 — 40 %
Безводный Шг — остальное К3Р04 • 1,5Н20 — 10 % — —
Результаты показали, что повышенное давление сильно ускоряет образование кристаллогидратов, а также повышает их стойкость и резко повышает осушающие свойства неорганических и органических адсорбентов ионного строения.
Кроме того, повышение давления способствует тому, что вследствие усиления взаимодействия катионов и анионов плотность соприкосновений возрастет более, чем линейно. Так как дипольный момент играет первоочередную роль при образовании кристаллогидратов у ионных соединений, то ван-дер-ваальсовы силы способствуют межмолекулярному взаимодействию между молекулами воды и молекулами адсорбента, таким образом, не только принимая в них косвенное участие, но и проводя, в определенной степени, катализ этих процессов.
7. SWOT-анализ результатов исследований
Применение в качестве осушителей газов безводных неорганических солей, которые адсорбируют воду в свою внутреннюю структуру и образуют кристаллогидраты, дает возможность эффективно связывать воду в кристаллогидрат, который образуется путем моментальной кристаллизации полученного аквакомплекса в твердое состояние. Высокая эффективность ряда таких адсорбентов (магний перхлорат, кальций хлорид) объясняется высокой степенью ионности таких соединений, и соответственно катион обладает большой склонностью к ли-гандам. Есть взаимосвязь между гигроскопичностью, и зависимостью между ионностью катионов и анионов. На поверхности сорбента при контакте с влажным воздухом образуется ультратонкий слой пересыщенного раствора, что в результате дает способность образовывать кристаллогидраты с высоким качеством осушки.
На способность к гидратации иона металлического элемента влияют его свойства — электронная конфигурация, расстояние до ядра свободных орбиталей. Электроотрицательность влияет на степень смещения электронной пары от кислорода к катиону металлического элемента.
Исследование состояния осушки газов в зависимости от давления дает возможность провести анализ процесса, и подобрать не только адсорбент, но и давление. Небольшое повышение давления может значительно ускорить процесс, что может быть выгодно при получении газов, практически не содержащих влагу.
Слабыми сторонами является необходимость дополнительного компрессора, однако даже при атмосферном давлении эффективность разных адсорбентов в конкретных значениях изучена слабо. Полученная зависимость перераспределения состава при повышении давления дает возможность не только ускорения, но и повышения ресурса адсорбента, который может присоединять дополнительные моли воды.
В зарубежных странах (США, Европейский Союз) для осушки неорганические соли, которые образуют кристаллогидраты, применяются относительно редко. Это связано с высокой стоимостью неорганических адсорбентов (таких как соли благородных металлов), или сложной технологией производства (таких как перхлораты). Как правило, применяется Фосфор (V) оксид или же сульфатная (серная) кислота, которые, однако, являются невозобновляемыми сорбентами, так как не могут быть регенерированы. Улучшение качеств сорбентов путем повышения давления позволит применять их вместо традиционных сорбентов, которые после применения не могут быть применены повторно с помощью регенерации при прокаливании.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30], 2016
8. Выводы
В ходе проведенных исследований:
1. Было установлено, что, повышение давления способствует усилению межмолекулярных процессов. А резкое снятие или повышение давления может использоваться как альтернатива термической регенерации, во многих случаях также обладая лучшими свойствами по сравнению с термической регенерацией.
2. Повышение давления способствует увеличению числа молекул воды в кристаллогидрате и возрастанию устойчивости образующихся кристаллогидратов, которые являются нестабильными при обычных условиях.
3. Адсорбционная способность может быть существенно повышена путем увеличения давления. Это также свидетельствует о том, что повышение давления улучшает способность кристаллогидратов к их образованию.
Вышеизложенные выводы демонстрируют табл. 4, которая указывает зависимости времени осушки от давления и типа сорбента.
Таблица 4
Исследование зависимости осушки насыщенного парами воды воздуха при Т = 293 К
Как следствие, повышение давления также может существенно влиять на глубину регенерации кристаллогидратов. Представляет интерес применять повышенное давление для осушки газов. Также оно позволяет и улучшать осушку слабополярных жидкостей, однако в значительно меньшей степени.
Литература
1. Ахметов, Н. С. Общая и неорганическая химия [Текст] / Н. С. Ахметов. — 4-е изд., испр. — М.: Высшая школа, издательский центр «Академия», 2001. — 743 с.
2. Абрамов, В. В. Общая и неорганическая химия, химическая связь. Общие представления. Ионная связь. Метод валентных связей в теории ковалентной связи [Текст] / В. В. Абрамов, Г. П. Свистунов; Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР. — Владимир: Владимирский политехническй институт, 1989. — 47 с.
3. Ярошевская, Х. М. Физическая химия [Текст]: конспект лекций / Х. М. Ярошевская, Министерство образования РФ. — Казань: КГТУ, 2003. — 111 с.
4. Кесслер, Ю. М. Вода: структура, состояние, сольватация. Достижения последних лет [Текст] / Ю. М. Кесслер, В. Е. Петренко, А. К. Лященко и др.; Институт химии растворов. — М.: Наука, 2003. — 403 с.
5. Рябухин, А. Г. Эффективные ионные радиусы. Энтальпия кристаллической решетки. Энтальпия гидратации ионов [Текст] / А. Г. Рябухин; Министерство образования РФ. — Челябинск: ЮУрГУ, 2000. — 115 с.
6. Гайнуллина, И. П. Избирательная сольватация заряженных и электронейтральных частиц в водных растворах D-глюкозы [Текст]: автореф. дис.: 02.00.04 / И. П. Гайнул-лина, Национальная академия наук Киргизской Республики. — Бишкек: Институт химии и химической технологии, 1999. — 27 с.
7. Dorling Kindersley Science Encyclopedia [Text]. — 2nd Revised edition edition. — Dorling Kindersley Publishers Ltd., 21 Aug. 1997. — 448 p.
8. Гороновский, И. Т. Краткий справочник по химии [Текст] / И. Т. Гороновский, Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч; под общ. ред. А. Т. Пилипенко. — 5-ое изд., испр. и доп. — К.: Наукова Думка, 1987. — 58 с.
9. Schwarz, U. Editorial: High-Pressure Crystallography and Synthesis [Text] / U. Schwarz // Zeitschrift Air Kristallographie — Crystalline Materials. — 2004. — Vol. 219, № 6. — P. IV-IV. doi:10.1524/zkri.219.6.iv.34634
10. Takashima, S. The structure and dipole moment of globular proteins in solution and crystalline states: Use of NMR and X-ray databases for the numerical calculation of dipole moment [Text] / S. Takashima // Biopolymers. — 2001. — Vol. 58, № 4. — P. 398-409. doi:10.1002/1097-0282(20010405)58:4<398::aid-bip1016>3.3.co;2-0
11. Van der Waals Forces [Text] // BUTT:SURFACE FORCES O-BK. — Wiley-Blackwell, 2010. — P. 5-53. doi:10.1002/9783527629411.ch2
12. Сережкин, В. Н. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов [Текст]: учеб. пос. / В. Н. Сережкин, Д. В. Пушкин; Министерство образования и науки Российской Федерации. — Самара: Государственное образовательное учреждение «Самарский государственный университет», 2004. — С. 60-62.
13. Appendix 2: Periodic Table of the Elements (1 to 102), Shaded According to Number of Naturally Occurring Isotopes [Text] // Mass Spectrometry of Inorganic, Coordination and Organo-metallic Compounds. — Wiley-Blackwell, 2005. — P. 247-248. doi:10.1002/0470014318.app2
14. Rozmanov, D. A. The structure and the Raman vibrational spectrum of the beryllium aquacation [Text] / D. A. Rozmanov, O. V. Sizova, M. Y. Skripkin, K. A. Burkov // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. — 2005. — Vol. 62, № 1-3. — P. 92-96. doi:10.1016/j.saa.2004.12.006
15. Moomaw, A. S. Cation Selectivity by the CorA Mg2+ Channel Requires a Fully Hydrated Cation [Text] / A. S. Moomaw, M. E. Maguire // Biochemistry. — 2010. — Vol. 49, № 29. — P. 5998-6008. doi:10.1021/bi1005656
16. Комаров, С. А. Диэлектрические свойства песка, содержащего кристаллогидраты минеральных солей [Текст] / С. А. Комаров, В. Л. Миронов, А. Н. Романов. — Барнаул: АГУ, 2000. — 60 с.
17. Балецкая, Л. Г. Неорганическая химия [Текст] / Л. Г. Ба-лецкая. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. — 251 с.
1S. Куликова, Е. Ю. Физико-химические процессы в неравновесных энергонапряженных системах благородный газ — фтор, озон и равновесных системах благородный газ — жидкость [Текст] / Е. Ю. Куликова; Министерство образования и науки Российской федерации, Федеральное агентство по образованию. — Иваново: Ивановский государственный университет, 2008. — 158 с.
19. Бажин, Н. М. Журнал структурной химии [Текст]. Т. 52. Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь / Н. М. Бажин. — Сибирское отделение РАН, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева, 2011. — 104 с.
вплив тиску НА СТАБШЬШСТЬ ТА ЗДАТШСТЬ ДО 0СУШЕННЯ ВОДОНАСИЧЕНИХ ГАЗШ
Описано взаемозв'язок 1шж властивостями неоргашчних солей, що утворюють кристалогщрати, i впливае на них тиском. Пiдбiр неоргашчних адсорбентов, згщно з л^ературними даними, здатних до приеднання додаткових моль води при пщвищеному тиску, продемонстрував рiзну чутливють до змши води, яка залежить вщ властивостей металевого елемента. Крiм рiзноi чутливост в залежносл вщ ступеня змши тиску, адсорбенти показали i рiзний склад за ступенем зв'язування води.
Kлючевi слова: тиск, кристалогщрати, метали, спектроскотя, лшанди, зв'язок, електронегатившсть, гщратащя.
Блинков Николай Андреевич, аспирант, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина, e-mail: nikolayblinkov@yahoo.com.
Адсорбент T (мин) до остаточного содержания воды до 1 % по объему
P (атм) 1 1,5 2 3
LiBr 30 10 3 1
K3PG4 42 17 8 3
CuSO4 150 65 40 15
CdSO4 95 55 38 20
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(30], 2016
97=
Рыщенко Игорь Михайлович, доктор технических наук, профессор, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Русинов Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Блтков Микола Андртович, астрант, кафедра загальног та неорганчног хжп, Нащональний техшчний утверситет «Хар-твський полтехтчний тститут», Украгна.
Рищенко 1гор Михайлович, доктор технчних наук, професор, кафедра загальног та неоргатчног хжп, Нащональний техтчний утверситет «Хартвський полтех^чний тститут», Украгна. Рустов Олександр 1ванович, кандидат технгчних наук, доцент, кафедра загальног та неорганчног хжп, Нащональний технчний утверситет «Хартвський полтехтчний тститут», Украгна.
Blinkov Nikolai, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: nikolayblinkov@yahoo.com. Rushenko Igor, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine.
Rusinov Olexandr, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine
УДК 677.494.6 001: 10.15587/2312-8372.2016.76522
ОТРИМАННЯ П0Д1МЕРННХ БЮСУМ1СНИХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ
Дослгджено процеси отримання нетканых функциональных полiмерних матерiалiв методом електроформування на лабораторнш установщ кашлярного типу. Визначеш основы параме-три елекроформування i морфологiчнi характеристики одержаних волокон. Встановлено, що частина полiмерных волокон у нетканому матерiалi характеризуются нанорозмiрамы, що вiд-кривае перспективи отримання бюсумкних нановолокон з антысептычнымы та футцидними властивостями.
Клпчов1 слова: електроформування волокон, полiмернi бюсумкш волокна, неткан нановолок-ныстi матерiалы, дiаметр волокон.
1щенко 0. В., Плаван В. П., Ковальчук 0. В., Ляшок I. 0., Власенко В. I.
1. Вступ
Електроформування, як метод формування волокон (ЕФВ) з полiмерних розчишв або розплавiв тд дieю постшного струму високо! напруги, застосовуеться для отримання ультратонких волокон та нановолокнистих матерiалiв [1, 2]. Через штереси вшськово-промислового комплексу рiзних кра!н, в рамках якого проводилася i переважно використовувалася продукщя ЕФВ-проце-су, теоретичне тдгрунтя ще! перспективно! технологи недостатньо висвилюеться у вггчизнянш науковш ль тератур! У зв'язку з цим актуальним е дослщження закономiрностей отримання волокон нанометрового дiапазону з рiзних полiмерiв та !х сумшей способом електроформування i визначення областей !х засто-сування.
2. Об'скт дослщження та його технолог1чний аудит
Об'ект дослгдження — бюсумшш нановолокнист неткаш матерiали з антисептичними та фунгщидними властивостями, отримаш методом електроформування.
В даний час застосовуються двi основш схеми про-цесу електроформування: катлярна i безкапiлярна. На рис. 1 наведена схема катлярного пристрою для здшснення процеав електроформування i електророз-пилення.
Установка для безкапiлярного формування (рис. 2) також складаеться з iзольованоi вщ електродiв безпе-рервно вентильовано! камери, в серединi яко! в горизонтально площинi знаходиться формувальний елек-трод, який обертаеться, частково занурений в розчин полiмеру, i осаджувальний електрод.
Формувальний електрод являе собою цилшдричне пло з гладкою або рельефною поверхнею, також вш може складатися з струн, натягнутих на каркас. Джерело високо! напруги тдключене до розчину. Осаджувальний електрод, як правило, заземлений. Формувальний елек-трод при обертанш покриваеться шаром полiмерного розчину, який постшно оновлюеться завдяки обертанню. Безлiч конiчних утворень, так званих конуав Тейлора [1], постiйно виникае на його поверхт, утворюючи струменi, при розщепленш i затвердiннi яких утворюються нано-волокна, якi потiм дрейфують тд впливом електрич-ного поля до осаджувального електроду i укладаються шдльним шаром. Осаджувальний електрод в установках безкапшярного електроформування завжди розташова-ний над формувальним електродом, так як при шшому розташуваннi важко домогтися простоти конструкцп, яка забезпечила б рiвномiрне змочування формувального електрода полiмерним розчином. Як правило, лист допо-мiжного тканого або нетканого матерiалу розташовуеть-ся над осаджувальним електродом, вкриваючись шаром нановолокон, внаслiдок чого процес електроформування може здшснюватися безперервно [3].
22 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30], 2016, © 1щенко О. В., Плаван В. П., Ковальчук О. В.,
Ляшок I. О., Власенко В. I.
