CC BY
105. Garret P.R. The model of action of antifoams in: Defoa-ming. Theory and Industrial Application. N.Y.: Marcel Dekker. 1993 (ed. P.). P. 1.
6. Kruglyakov P.M. // Russian chemical reviews. 1994. N 63. P. 225.
7. Denkov N. // Langmuir. 2004. N 20. P. 9463.
8. Binks B. // Current Opinion in Colloid and Interface Science. 2002. V. 7. P. 21-41.
9. Gonzenbach U.T., Studart A.R., Tervoort E., Gauchkler L.J. // Langmuir. 2006. V. 22. P. 10983-10988.
10. Кругляков П.М., Нуштаева А.В. // Региональная архитектура и строительство. 2006. N 1. С. 107-119; Kruglyakov P.M., Nushtaeva A.V. // Regionalnaya arkhi-tektura i stroitel'stvo. 2006. N 1. P. 107-119. (in Russian).
11. Alargova R.G., Warhadpande D.S., Paunov V.N., Velev O.D. // Langmuir. 2004. N 20. P. 10371.
12. Binks B.B., Horozov T.S. // Angew. Chem. 2005. N 44. P. 3722.
13. Шкодин А.М., Шапошникова Л.Д. Труды НИИ Химии ХГУ. 1953. № 11. С. 33;
Shkodin A.M., Shaposhnikova L.D. Trudy NII Khimii KhGU. 1953. N 11. P. 33 (in Russian).
14. Kruglyakov P.M., Elaneva S.I., Vilkova N.G. // Advances in colloid and interface science. 2011. V. 165. P. 108-116.
15. Нуштаева А.В., Кругляков П.М. // Коллоидный журнал. 2004. Т. 66. С. 510-519;
Nushtaeva A.V., Kruglyakov P.M. // Kolloidn. Zhurnal. 2004. V. 66 P. 510-519 (in Russian).
16. Vilkova N.G., Elaneva S.I., Kruglyakov P.M., Karaka-shev S. // Mendeleev commun. 2011. V. 21. P. 344-345.
Кафедра физики и химии
УДК 537.525+ 691.142.247
С.В. Федосов, М.В. Акулова, М.В. Таничев, Р.В. Слащёв*, Д.А. Шутов*
ВЛИЯНИЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА НА АДГЕЗИОННЫЕ И ГИДРОФИЛЬНЫЕ СВОЙСТВА РЕМОНТНОГО ФЛИЗЕЛИНА
(Ивановский государственный политехнический университет, *Ивановский государственный химико-технологический университет)
e-mail: shutov@isuct.ru.
Изучено влияние параметров обработки на гидрофильные и адгезионные свойства ремонтного флизелина в плазме тлеющего разряда: атмосфера - воздух, ток разряда 20100 мА, давление 50-200 Па, время обработки 15-120 с. Показано, что плазменная обработка увеличивает водопоглощение и снижает время смачивания материала, а также при нанесении клея увеличивает его адгезию к бетонным и деревянным поверхностям.
Ключевые слова: тлеющий разряд, плазма воздуха, обработка, флизелин, адгезия, гидрофильные свойства
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы улучшения технологических и потребительских свойств материалов возникают во многих отраслях промышленности. При этом часто бывает необходимо получить материал с трудно совместимыми либо несовместимыми характеристиками. Рациональным путем решения такого рода задач является не разработка нового материала, сочетающего в себе одновременно все заданные свойства, а модифицирование поверхностных свойств уже имеющегося материала при условии сохранения его полезных объемных свойств. Чаще всего возникает необходимость придания материалам гидрофильности, накраши-ваемости, повышения адгезионной способности к различным поверхностям и покрытиям [1].
Одним из способов улучшения данных характеристик материалов является их обработка в
низкотемпературной плазме тлеющего разряда. Преимуществом плазмохимической обработки является то, что модификации подвергается только поверхностный слой материала, что позволяет сохранить его физические и физико-механические свойства [1].
В химической промышленности первоочередным является улучшение адгезионных характеристик полимерных пленок для их лучшего склеивания и надежной фиксации красителя на поверхности [2]; для текстильных материалов большое значение имеет изменение гидрофильных свойств (смачиваемости, капиллярности), за-грязняемости и т.п. Результаты исследований [3, 4] свидетельствуют о положительном влиянии низкотемпературной плазмы практически на все гидрофильные свойства текстильных полотен.
Наряду с текстильной и химической промышленностью, обработку материалов в тлеющем
разряде сравнительно недавно стали применять и в строительной индустрии для улучшения свойств фибробетонов. В случае использования органических и неорганических волокнистых материалов для армирования таких бетонов не всегда может быть обеспечена высокая адгезия армирующих волокон к строительной матрице [5]. Использование низкотемпературных разрядов позволяет устранить данный недостаток [3, 6].
Ранее была исследована возможность применения низкотемпературной плазмы тлеющего разряда для модификации свойств рулонных стеновых материалов, в частности флизелина. В работах [7, 8] показано изменение времени смачиваемости и водопоглощения ремонтного флизели-на в зависимости от времени обработки в плазме тлеющего разряда в воздухе при фиксированных значениях тока разряда (100 мА) и давления плаз-мообразующего газа (100 Па). Установлено, что увеличение времени обработки образцов материала в низкотемпературной плазме приводит к улучшению его гидрофильных свойств. В данной работе проведено исследование изменения свойств флизелина в зависимости от различных параметров низкотемпературной плазмы: времени обработки, тока разряда и давления плазмообра-зующего газа (воздуха).
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В работе использовалась экспериментальная установка, созданная на кафедре технологии приборов и материалов электронной техники Ивановского государственного химико-технологического университета (рис. 1). Цилиндрический реактор, выполненный из стекла марки С52-1, имел диаметр внутренней части 3 см. Образец обрабатываемого материала площадью 28,5 см2 располагался в виде кольца по образующей внутренней части реактора в зоне положительного столба разряда постоянного тока. Давление измерялось ^образным манометром, а расход газа - капиллярным расходомером, который калибровался методом газовой бюретки при нормальных условиях со стороны напуска газа. Рабочей жидкостью расходомера и манометра являлось силиконовое масло, которое обезгаживалось газовой горелкой до полного прекращения газовыделений при давлении 1 Па. Абсолютная точность измерения давления составляла 5 Па, а расхода газа - Ы017 молекул/с (что соответствует линейной скорости потока воздуха 30 см/с).
В качестве варьируемых параметров обработки выступали ток разряда в диапазоне 20-100 мА, давление в диапазоне 50-200 Па. Время обработки варьировалось в интервале 15-120 с.
В качестве объекта исследования использовался ремонтный флизелин (артикул 02065, плотность 65 г/м2). Флизелин представляет собой нетканый материал, состоящий из химически модифицированных и сшитых целлюлозных волокон (C6H10O5)n. Обработке подвергалась сторона материала, предназначенная под наклеивание. Для обработанных и необработанных образцов флизели-на определялось изменение величины водопогло-щения, времени смачиваемости и адгезии к различным строительным поверхностям после нанесения клея.
Электроды
Манометр
QO \ Образец флизелина
I Вакуумный кран
Форвакуумный насос
Воздух
Рис. 1. Схема экспериментальной установки Fig. 1. Experimental set-up
Для определения водопоглощения из материала вырезались образцы размером 20х47 мм. После обработки образцы взвешивались на аналитических весах, затем помещались в сосуд с дистиллированной водой на 60 с, после чего проводили их взвешивание и вычисляли процент поглощенной образцами воды от массы в сухом состоянии. Водопоглощение Вп (%) вычисляли по формуле [9]:
Вп=100-(тв - mc)/mc , (1)
где тв - масса увлажненной пробы; mc - масса пробы до увлажнения (начальная масса), г.
Для определения времени смачиваемости образец флизелина помещался на предметный столик, где его с помощью дозатора увлажняли каплями дистиллированной воды. Процесс растекания капли фиксировали с помощью цифровой камеры с частотой съемки 30 кадров/с. Время растекания капли (исчезновение ее зеркальной поверхности) определялось по раскадрованной видеозаписи.
Испытание образцов на прочность сцепления с деревом и бетоном при нанесении клея проводилось на лабораторной отрывной установке. К
свободному краю наклеенного флизелина прикладывали направленную перпендикулярно поверхности наклеивания силу, после чего по шкале динамометра определяли величину усилия, при котором происходил отрыв образцов от оклеенной ими поверхности. Испытание проводилось не ранее, чем через 24 ч после наклеивания образцов.
Для каждого набора экспериментальных условий с целью учета случайной ошибки проводили не менее 5-ти измерений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 2 показаны зависимости водопо-глощения и времени смачиваемости флизелина в зависимости от времени обработки в тлеющем разряде при фиксированных значениях тока разряда (1р) и давления (Р). На приведенных зависимостях видно, что уже малая (15-секундная) обработка приводит к двукратному увеличению водо-поглощения образца и снижению времени смачиваемости. Отметим, что для необработанных образцов время смачиваемости определить не удалось: капля, нанесенная на поверхность необработанного образца, не впитывалась на протяжении как минимум 15 мин, и испарение капли происходило быстрее, чем ее впитывание. Увеличение времени обработки свыше 15 с не приводит к дальнейшему существенному изменению водопо-глощения. В пределах погрешности эксперимента можно утверждать, что водопоглощение выходит на стационарное значение уже при малых временах обработки. Время смачиваемости с увеличением времени обработки ведет себя несколько иначе. Так, некое насыщение достигается при времени обработки порядка 90 с, при котором время смачиваемости уменьшается в 3 раза по сравнению со смачиваемостью образцов, подвергнутых 15-секундной обработке. Вероятно, данные закономерности можно объяснить следующим образом. В случае водопоглощения весь обработанный образец погружается в воду, и поверхностью впитывания является не только подвергнутая плазменной обработке сторона, но и торцы материала в совокупности с обратной, необработанной, стороной материала. При измерении смачиваемости капля наносится именно на обработанную поверхность, и именно ее состояние определяет значение измеряемого свойства. В процессе обработки структура поверхности изменяется, разрыхляется, что и приводит к изменению смачиваемости во времени.
На рис. 3 представлены зависимости водо-поглощения и времени смачивания флизелина от тока разряда. В пределах погрешности эксперимента увеличение тока разряда свыше 20 мА не приводит к изменению водопоглощения материа-
ла. Время смачиваемости при увеличении тока разряда с 20 до 100 мА имеет устойчивую тенденцию к снижению (в 4 раза).
Водопоглощение, %
Смачиваемость, с
200
100
50
1,2
0,6
0,2
0 20 40 60 80 100 120
Время обработки, c
Рис. 2. Зависимость водопоглощения и времени смачивания от времени обработки. 1р= 100 мА, P=100 Па. Точка при 1обр=0 с соответствует необработанным образцам Fig. 2. Water absorption and wetting time as a function of the treatment time. I=100 mA, P=100 Pa. Point at t=0 s corresponds to untreated material
Водопоглощение, %
Смачиваемость, с
200
150
100
i
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
20
40
60
80 100 Ток разряда, мА
Рис. 3. Зависимость водопоглощения и времени смачивания от тока разряда. 1<,бр=90 с, P=100 Па. Точка при 1р=0 мА соответствует необработанным образцам Fig. 3. Water absorption and wetting time as a function of the discharge current. t=90 s, P=100 Pa. Point at I=0 mA corresponds to untreated material
Из представленных на рис. 4 зависимостей гидрофильных характеристик флизелина от давления плазмообразующего газа видно, что с ростом давления от 50 до 200 Па имеет место незначительное (в 1,2 раза) увеличение водопоглощения. Время же смачиваемости образцов при этом выходит на стационарные значения порядка 0,4 -0,5 с (рис. 4), отклонения от которых не являются существенными.
1,0
150
0,8
0,4
50
0
0,0
0
Водопоглощение, %
Смачиваемость, с
100
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
0 50 100 150 200
Давление, Па
Рис. 4. Зависимость водопоглощения и времени смачивания
от давления плазмообразующего газа (воздуха). 1<,бр=90 с, Ip=40 мА. Точка при P=0 Па соответствует необработанным образцам
Fig. 4. Water absorption and wetting time as a function of the pressure. t=90 s, Ij,=40 mA. Point at P=0 Pa corresponds to untreated material
Сила отрыва, Н
QUELYD Мастер
Необр Сила отрыва, Н
Обр
QUELYD Мастер
Необр
Обр
Рис. 5. Сила отрыва необработанных и обработанных образцов флизелина, наклеенных на поверхность дерева (а) и бетона (б) различными клеевыми составами. ^бр=90 с, 1р=40 мА, P=100 Па
Fig. 5. Pryout force for untreated and treated samples sticked at the wood (a) and concrete (б) surfaces with the different glues. t=90 s, I=40 mA, P=100 Pa
На рис. 5 приведены результаты измерения силы отрыва необработанных и обработанных образцов флизелина, наклеенных на поверхности дерева и бетона с использованием двух различных клеевых составов для флизелиновых обоев: клея «Мастер» (ЗАО «НПП Рогнеда», Россия), содержащего модифицированный крахмал, и клея «Quelyd» (Франция), изготовленного на основе модифицированного крахмала с бактерицидными и противогрибковыми добавками. Из рисунка видно, что обработка в плазме существенно увеличивает адгезию материала к оклеиваемой поверхности. Так, сила отрыва образцов от поверхности бетона при использовании клея «Quelyd» после плазменной обработки возросла в 1,5 раза, а с клеем «Мастер» - в 2,8 раза; адгезия флизелина, приклеенного к поверхности дерева теми же составами, в результате воздействия тлеющего разряда увеличилась в 2,1 раза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Получены зависимости изменения гидрофильных свойств ремонтного флизелина, обработанного в плазме воздуха в широком диапазоне параметров разряда и при различных временах обработки. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что при росте продолжительности и интенсивности обработки материала происходит усиление наблюдаемых эффектов - увеличение водопоглощения (до двух раз) и уменьшение времени смачиваемости материала (значения данной величины для обработанных образцов составляют менее 1 с, в то время как необработанные образцы являются несмачиваемыми). Показано, что обработка ремонтного флизелина в плазме воздуха после нанесения клея в 1,5 - 2 раза увеличивает его адгезию к таким строительным поверхностям, как дерево и бетон. Увеличение гидрофильных и адгезионных свойств флизелина позволит использовать для монтажа рулонных стеновых материалов на флизелиновой основе более дешевые клеевые составы, увеличить надежность их фиксации на оклеиваемой поверхности и улучшить накраши-ваемость.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутепов А.М., Захаров А.Г., Максимов А.И. Вакуум-но-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов. М.: Наука. 2004. 496 с.; Kutepov A.M., Zakharov A.G., Maximov A.I. Vakuumplasma and plasma-liquid modification of the polymers. M.: Nauka. 2004. 496 p. (in Russian).
2. Максимов А.И. Теория неравновесных процессов технологии электронных приборов. Учебное пособие. М: ИХНР РАН. 1984. 306 с.;
Maximov A.I. Non-equilibrium processes theory in the electronics. Tutorial. M.:ISC RAS, 1984. 306 p. (in Russian).
а
5
4
0
б
0
3. Федосов С.В., Мельников Б.Н., Акулова М.В., Шар-нина Л.В. Применение тлеющего разряда в строительной и текстильной промышленности. Иваново: ИГХТУ, ИГАСУ. 2008. 236 с.;
Fedosov S.V., Melnikov B.N., Akulova B.N., Sharnina L.V. The application of the glow discharge in civil engineering and textile. ISUCT, ISUCEA. Ivanovo. 2008. 236 p. (in Russian).
4. Шарнина Л.В. Научные основы и технологии отделки текстильных материалов с использованием низкотемпературной плазмы, новых препаратов и способов колори-рования. Дис.... д.т.н. Иваново. ИГХТУ. 2006. 335 с.; Sharnina L.V. Scientific bases of textile finishing with the use of low temperature plasma, new preparations and coloring methods. Doctor dissertation for technical science. Ivanovo. ISUCT. 2006. 335 р. (in Russian).
5. Рабинович Ф.Н. Дисперсно-армированные бетоны. М.: Стройиздат. 1989. 174 с.;
Rabinovich F.N. Dispersion-armored concretes. M.: Stroiyizdat. 1989. 174 р. (in Russian).
6. Елин В.К. Фибробетон, армированный волокнами, модифицированными плазмой тлеющего разряда. Дис.. к.т.н. Иваново. ИГАСУ. 2006. 155 с.;
Elin V.K. Fibrobeton, armored with fibres modified with plasma of glow discharge. Candidate dissertation for technical science. Ivanovo. ISAU. 2006. 155 р. (in Russian).
7. Федосов С.В., Акулова М.В., Таничев М.В., Шутов Д.А. // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 63 - 67.
Fedosov S.V., Akulova M.V., Tanichev M.V., Shutov D.A. // Vestnik MGSU 2012. N 1. P. 63—67 (in Russian);
8. Федосов С.В., Акулова М.В., Таничев М.В. // Материалы XVIII Международной научно-технической конференции. ИГАСУ. 2011. С. 195 - 199;
Fedosov S.V., Akulova M.V., Tanichev M.V. // Proceedings of XVIII International Scietific Practical Conference. ISAU. Ivanovo. 2011. Р. 195-199 (in Russian);
9. ГОСТ 3816-81 «Полотна текстильные. Методы определения гигроскопических и водоотталкивающих свойств»; State Standard of RF 3816-81 «Texile linens. Methods of the water-repellency and hygroscopic properties measure-ment» (in Russian).
Кафедра производства строительных материалов,
кафедра технологии приборов и материалов электронной техники
УДК 541.572.128
И.А. Вершинина*, О.В. Горнухина**, А.А. Гладышева**, О.А. Петров**, О.А. Голубчиков**
ТЕТРА-(4-7Р£Т-БУТИЛ)-ТЕТРАБЕНЗОПОРФИРАЗИН: КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
(*Институт химии растворов РАН, **Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: gornoukhina@isuct.ru
Изучены особенности кислотно-основного взаимодействия тетра-(4-трет-бутил)-тетрабензопорфиразина с азотсодержащими основаниями в диметилсульфок-сиде. Получены комплексные материалы типа полимер - тетра-(4-трет-бутил)-тетрабензопорфиразин. Показано, что модифицированные полимерные материалы обладают сорбционной активностью по отношению к азотистым основаниям.
Ключевые слова: кислотно-основное взаимодействие, тетрабензопорфиразин, полимерные материалы, полипропилен, полиэтилентерефталат, сорбционная активность
Азапорфирины уже давно привлекают пристальное внимание ученых благодаря уникальной роли, которую они играют в живой природе [1-3]. Области их применения значительно расширяются за счет создания самоорганизующихся координационных систем, как в растворе, так и на поверхности полимерных носителей.
Тетраазапорфирины представляют собой особый класс порфиринов, характеризующихся более высокой полярностью связей NH, которая
усиливается при введении электроноакцепторных заместителей (-С1, -Бг, -PhNО2, -PhBr) в пирроль-ные фрагменты молекулы [1, 4]. Так, благодаря высокой подвижности внутрициклических протонов групп NH, тетрагалоген- и октафенилзаме-щенные тетраазапорфирины вступают в необычное кислотно-основное взаимодействие с различными по природе основаниями, которое сопровождается депротонированием макроцикла и образованием не характерных для порфиринов ком-
