CC BY
16ИЛМ^ОИ ФИЗИКИ /ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 536.12.34(06)
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ ОТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИСТИРОЛА
Неъматов А., Маджидов Х
Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни
Бурное развитие отраслей народного хозяйства и промышленности в современных условиях способствовало появлению ряда технологических процессов, протекающих при высоких температурах и давлениях.
В этих условиях особенно остро встал вопрос о необходимости иметь точные сведения о состоянии и поведении рабочих веществ, участвующих в этих процессах.
В последние годы к числу веществ, широко применяемых в различных областях народного хозяйства, относятся и полимерные растворы. Несмотря на то, что растворы полимеров стали получать в промышленных масштабах сравнительно недавно, они успели найти широкое применение в текстильной, пищевой, фармацевтической промышленности, в агротехнике, медицине и в других областях. В процессе эксплуатации эти материалы подвергаются внешнему воздействию в широком диапазоне изменения температуры, давления и других факторов. Следовательно, исследование закономерностей изменения физических свойств полимерных растворов в широком диапазоне изменения параметров состояния, является важной задачей, имеющей большое научно -практическое значение.
Полимерные материалы широко применяются в качестве ёмкости, трубопроводов, для хранения и передачи различных органических жидкостей. В результате контактного взаимодействия жидкостей с полимером в жидкости появляются примеси полимерных макромолекул различной концентрации, которые в свою очередь влияют на физико - химические свойства жидкости. В связи с этим определение степени влияния примеси полимерных макромолекул на свойства жидких растворов становится актуальной задачей.
Жидкие растворы, в том числе и полимерные, широко используются в качестве топлива, окислителей, восстановителей, защитных, охлаждающих и нагревательных сред во многих технологических процессах и энергообменных устройствах. Это свою очередь ставит задачу излучения теплофизических свойств растворов при различных условиях эксплуатации.
К числу важных теплофизических параметров систем, в том числе полимерных растворов, относится теплопроводность.
Теплопроводность системы тесно связана с передачей энергии между частицами жидкости и лучше других параметров отражает характер теплового движения и взаимодействия молекул. Исследование теплопроводности, поэтому, не только позволяет определить макроскопические поведение системы, пополнить банк данных о теплофизических характеристиках, но и даёт возможность говорить о структуре жидкости и характере теплового движения молекул в ней, что является одной из важных проблем современной молекулярной физики и жидкого состояния вещества.
Несмотря на большой интерес к исследованию теплофизических свойств полимерных растворов, их теплофизические свойства изучены недостаточно. Имеются лишь отдельные эпизодические исследования теплопроводности полимерных растворов в узких областях изменения параметров состояния.
В частности в [I] приведены результаты исследования зависимости теплопроводности растворов полимеров от массовой доли полимера при одном значении температуры и давления. Полное и систематическое исследование поведения теплопроводности полимерных растворов в широком диапазоне изменения параметров состояния, особенно при высоких значениях температуры и давления отсутствует.
В связи с этим в настоящей статье рассматривается являлось исследование зависимости теплопроводности полимерных растворов от массовой концентрации, молекулярной массы полимера и свойств растворителя в интервале температур 293 К - 700 К и давлений 0,98 • 10 Па -490 105 Па..
В качестве полимера был выбран полистирол. Выбор полистирола был обусловлен тем, что он широко применяется в различных областях народного хозяйства и теплофизические свойства полистирола хорошо изучены.
Выбор растворителей (бензол, ксилол, бромоформ и дихлорэтан) связан с тем, что они хорошие растворители и их теплофизические свойства известны.
Когда поведение теплопроводности чистого полимера и растворителей хорошо известны, появляющиеся новые закономерности в поведении теплопроводности полимерных растворов позволяют говорить о характере взаимодействия макромолекул полимера с молекулами растворителя.
С целью выяснения влияния молекулярной массы полимера на поведение теплопроводности полимерных растворов нами было проведено исследование теплопроводности растворов, содержащих полистирол с молекулярными массами 6,6-104; 3-105; 2,3-106 и 15 106.
На рисунке 1 приведена зависимость теплопроводности полимерных растворов, содержащих различные молекулярные массы полистирола растворённого в бензоле, от температуры для концентрации 0,4 г/дл при атмосферном давлении.
Как было отмечено ранее при атмосферном давлении диапазон измерения температуры не охватывает область «аномального» измерения Л (Т). Из рисунка видно, что с ростом температуры Л (Т) уменьшается и зависимость Л (Т) является линейной.
Вместе с тем по характеру температурной зависимости коэффициента теплопровод-ности согласно рисунка 1 полимерные растворы можно разделить на две группы:
-растворы с меньшими массами полистирола, линии 1 -2;
-растворы с большими массами полистирола, линии 3 -4;
Из графика следует, что теплопроводность растворов первой группы с ростом температуры уменьшается быстрее чем теплопроводность растворов второй группы.
При температуре 293 К теплопроводность растворов первой группы больше, чем теплопроводность растворов второй группы, и явно наблюдается уменьшение значения Л с ростом значения молекулярной массы.
Я-ю3, В~г/(м-К)
32Ъ
Рисунок 1. Зависимость теплопроводности полимерных растворов от температуры при атмосферном давлении с концентрацией С = 0,4 г/дл и различными молекулярными массами полистирола: 1 - 6,6-104; 2-3-105; 3 -2,3-106; 4-15-106; 5 - чистый бензол.
С ростом температуры картина меняется. В области температур Т > 310 К теплопроводность растворов второй группы становиться больше, чем теплопроводность растворов первой группы. Уменьшении значения Л с ростом молекулярной массы полистирола сохраняется и в области температур Т > 310 К, но для растворов каждой группы в отдельности.
Интересным здесь является и различный характер влияния концентрации полистирола с большими или меньшими молекулярными массами гораздо слабее, чем влияние молекул полистирола с меньшей молекулярной массой. Характер температурной зависимости Л для растворов второй группы (прямые 3,4) почти такие же, как и у чистого бензола (прямая 5).
Видимо это свидетельствует о том, что макромолекулы полистирола с большими молекулярными массами в этой области температур и давлений являются более стабильными и сегменты макромолекул связаны и взаимодействуют сильнее чем с молекулами растворителя. Кроме того, возможно, что значение и характер температурной зависимости Л для полистирола с такими молекулярными массами и чистого бензола близки друг другу.
Наличие молекул полистирола с меньшими молекулярными массами заметно усиливает температурную зависимость теплопроводности полимерного раствора по сравнению с Л (Т) для чистого бензола (прямые 1, 2 и 5).
Характер температурной зависимости Л для растворов полистирола с различными молекулярными массами сильно осложняется с ростом давления. На рисунках 2 - 3 представлены результаты измерения Л (Т) для растворов полистирола с различными молекулярными массами в бензоле при концентрации 0,4 г/дл и значении давления 196 • 105 и 392 • 105 Па.
Как видно и здесь в области низких температур (около 300 К) наблюдается уменьшение Л с ростом молекулярной массы полистирола. Такая же закономерность наблюдается и в области высоких температур, но так как и в предыдущем случае, для растворов каждой группы.
На рисунке 2 заметно небольшое изменение этого правила для растворов этой группы в области Т > 600 К.
В промежуточном интервале температур, которая охватывает область «аномалии» Л (Т), картина осложняется. При не очень большом значении давления р = 196 105 Па (рисунок 2.6.2) на кривых Л (Т) чётко наблюдается «аномалия», причём с ростом молекулярной массы полистирола «аномалия» становится слабой. Кривые Л (Т) для растворов второй группы проявляют слабые, плоские и широкие «аномалии» (кривые 3 - 4, рисунок 2). Характер Л (Т) для растворов этой группы незначительно отличается от Л (Т) для чистого бензола (кривые 3, 4 и 5). Вместе с тем на кривых Л (Т) растворов первой группы чётко наблюдается «аномалия», причём с ростом молекулярной массы полистирола «аномалия» Л (Т) становится узкой, резкой и смещается в сторону высоких температур (кривых 1 и 2).
Рисунок 2. Зависимость теплопроводности полимерных растворов от температуры при давлении р = 196 105 Па с концентрацией С = 0,4 г/дл и различными молекулярными массами полистирола: 1-6,6-Ю4; 2-3-105; 3-2,3-106; 4-15 10б; 5-чистый бензол.
200
150
ЮО
50
373
47 3
573
673 Т,К
Рисунок 3. Зависимость теплопроводности полимерных растворов от температуры при давлении р = 392 105 Па с концентрацией С = 0,4 г/дл и различными молекулярными массами полистирола: 1 -6,6-104; 2-3-105; 3-2,3-106; 4-15-106; 5 - чистый бензол.
Кривые 3 и 4 дважды пересекают друг друга, то есть температурный интервал разделяется на три области, где значения коэффициента теплопроводности раствора полистирола с меньшими или большими молекулярными массами в меньшей или больше степени отмечаются друг от друга.
В первой области - области низких температур Т < 450 К значения Л для растворов полистирола с меньшими молекулярными массами больше значений Л для растворов полистирола с большими молекулярными массами. Во второй промежуточной области ( 450К < Т < 520 ) наблюдается обратная картина, теплопроводность растворов полистирола с большей молекулярной массой становится больше, чем теплопроводность растворов с меньшей молекулярной массой. В третей области - области высоких температур ( Т > 530 ) очень чётко устанавливается первоначальная закономерность.
Такие же изменения, но в менее заметной форме наблюдается и для кривых Л (Т) растворов первой группы, причём в области очень высоких температур 400 < K, где кривые 1 и 2 пересекают друг друга. Значение Л в этом случае для кривых 1 и 2 меняется, но незначительно.
Следует отметить, что закономерности поведения Л (Т) в зависимости от молекулярной массы полистирола в области низких и высоких температур остаются такими же, как и в предыдущих случаях.
Как видно из приведённых выше результатов поведение теплопроводности полимерных растворов, в значительной степени зависят от молекулярной массы растворяемого полимера -полистирола. В целом с ростом молекулярной массы полистирола значение коэффициента теплопроводности уменьшается. Однако при высоких значениях давления в окрестности «аномальной» области температур, такая зависимости может нарушаться.
Кроме того из выше приведённого следует, что влияние давления на поведение Л (Т) более существенно для растворов с большими молекулярными массами полистирола. Именно в области более высоких значений давления проявляются «аномалии» в поведении Л (Т) для растворов этой группы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Будтов В.Я., Консетов В.В. Тепломассоперенос в полимеризационных процессах.-Л.: Химия,-1983.-256 с.
2. Маджидов Х., Сафаров М.М. Экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности дигептилового эфира в зависимости от температуры и давления .Сб. «Физика жидкостей и расстворов», Душанбе, 1982.с.4-11.
3. 3 Маджидов Х., Неъматов А., Садиков И.С., Давлатов Т. Влияние массовой доли полистирола на теплопроводность жидкого бензола при различных температурах и давлениях. //ДАН ТАЖ.ССР.-1987.-Т.30.-.№ 9.-С.565 - 567.
4. 4 Маджидов Х., Неъматов А. Теплофизические свойства растворителей и растворов полистирола в широком интервале температур и давлений.//Тез. докладов межд. школы - семинара. Реофизика и теплофизика неравновесных систем. Минск, 1991.-С.154 - 157.
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ ОТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИСТИРОЛА
Сегодня использование полимеров широко распространено в промышленности страны. Поэтому необходимо своевременно изучать теплофизические свойства полимеров. В данной статье изучено одно из теплофизических свойств полимеров - их теплопроводность. С другой стороны, изучалась термическая зависимость растворов полимеров от их молекулярной массы и температуры. Полученные результаты представлены графически. Эксперименты показали, что теплопроводность полимерных растворов уменьшается с ростом температурой. Ключевые слова: полимер, теплопроводность, температура, молекулярный массы.
THE DEPENDENCE OF THERMAL CONDUCTIVITY OF POLYMER SOLUTIONS ON THE MOLECULAR MASS OF POLYSTYRENE
Today the use ofpolymers is widespread in the country's industry. There fore, it is necessary to study the thermophysical properties of polymers in a timely manner. This article studies one of the thermophysical properties of polymers - their thermal conductivity. On the other hand, the thermal dependence of polymer solutions on their molecular weight and temperature was studied. The results are presented graphically. Experiments have shown that the thermal conductivity of polymer solutions decreases with increasing temperature.
Key words: polymer, thermal conductivity, temperature, molecular weight. Сведения об авторах:
Неъматов Абдукодир — доцент кафедры общей физики Таджикского государственного педагогического университета им. С. Айни, кандидат физико-математических наук, 734003, г. Душанбе, пр. Рудаки, 121. Телефон: (+992)933-60-97-60. E-mail: nematov 50@mail.ru
Маджидов Хамид -доктор технических наук, профессор, профессор кафедры естественных наук Таджикского государственного университета коммерции. 734057, г. Душанбе, ул. Дехоти, V2. Телефон: (+992)904-59-40-41 E-mail: hamidmajidov@mail.ru About the authors:
Nematov Abdukodir - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of General Physics of Tajik State Pedagogical University named after S. Aini,, 734003, Dushanbe, Rudaki Ave., 121. Phone: (+992) 933-60-97-60. E-mail: nematov 50 @ mail.ru
Madjidov Hamid - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Natural Sciences of the Tajik State University of Commerce. 734057, Dushanbe, st. Dehoti, V2. Phone: (+992) 90459-40-41 E-mail: hamidmajidov@mail.ru
УДК 532.14.18
ИЗУЧЕНИЕ СИДЕМЕНТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ НАНОПОРОШОКА ОКСИДА
ТИТАНА (IV) В ОБСОРБЕНТЕВОДЫ ПРИ Т-323 К
Розикрв К.Н.,Кудратова Л.Х.,Сафаров М.М.
Таджикский государственный педагогический университет имени С.Айни, Таджикский национальный университет, Филиал МГУ имени М.ВЛомоносова в г. Душанбе, Таджикистан
Оксида титана (IV) белое тугоплавкое вещество, в воды и кислотах низкий концентрации не растворяется. Двуокись титан по свойствам амфотерный оксид, он даёт слабые основы и кислотные свойствам при химические реакции.
В производство этого вещество намного превысило на год полмиллиона тонн. Фарфоровых масс составляет с двуокись титана стекол тугоплавких, керамических материалов с высокоый диэлектрический проницалмостью. Двуокись титана рутиловой формы R-216 универсальная марка, общего назначения. Поверхность частиц диоксида титана обработана оксидом кремния и оксидам алюминия. Обладает такими свойствами, как равномерная белизна, хорошая укрывистотсть. Широкое применения для красок (декоративных, печатных), порошковых красителей, пластика, бумаги, резины и кожи. Двуокись титана анатазной формы А-101 универсальная марка для производства красок для внутренний отделки помещений производства каучука, бумаги, кожи, типографических красок и т.д. Обладает такими свойствами, как равномерная белизна, хорошая укрывистость.
Техническая характеристика весов торсионных Technical characteristics of torsion weights
500
10
1
20000
276x192x484
4,2
Весы торсионные на наибольшую допустимую нагрузку 500 мг «ВТ-500», это показано на рис. 1.
Также широко распространены при использовании в аптеках, где требуется в массам порядке за ограничено время взвешивать большое количество малых грузов: взвесей, порошков и т.д. Весы устанавливаются на штатив циферблат которых защищен стеклам.
В базовой комплектации к весам прилагаются два грузика: на 250 мг и на 500 мг. Торсионные весы обладают рядом преимуществ перед равноплечними весами (типа аналитических): при достаточной точности процесс взвешивания значительно сокращён и упрощён, весы портативны и просты в употреблении.
Основные технические данные и характеристики. Абсолютная погрешность показаний на всём диапазоне шкалы, не более ± 1мг:
Для проведения седиментационного анализа при различных температурах в том числе, при 323 К (50 оС) используется прибор, приведенный на рисунке 1, который снабжен теплоизолированным стеклянным сосудом, где температура выдерживается постоянной. В исследуемой системах (диоксита титана) с размером частицах от 1 до 100 микрометр широко используется седиментационный метод анализа [2 стр. 109, 3 стр. 98, 8 стр. 135], основанный на изучение скорости всплывания частиц в жидкой воды. Определении седиментации твердых частиц порошка диоксида титана в объёмах очень мельких размеров фракций позволяет определить такие параметры дисперсной системы, как минимальный размер частиц которые степень полидисперсности, с учётам совокупности всего полидисперсной системы диапазона фракций необходимы в дальнейшем для определения характера распределения концентраций частиц в вертикальном реакторе перемешивания, промывки и разделения суспензии по фракциям.
С использованием 1г порошок диоксида титана и метода определение [1 стр. 671, 3 стр. 98, 4 стр. 63, 5 стр. 192, 6 стр. 68, 7 стр. 135] в 200 мл воды приготовили суспензии диоксида титана в воде. После этого процесса, взвешивали массу пустой чашечки в воде. Расстояние от поверхности жидкости до дна чашечки Н=0,1м и результаты этого показано в (табл.1).
