CC BY
11УДК 665.76
Е.Р.Велиган, Т.А.Бобова, Е.А.Смирнова
ИЗУЧЕНИЕ АГРЕГАТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ДИСПЕРСНЫХ МАГНИЙСИЛИКАТНЫХ СИСТЕМ
(Ярославский государственный технический университет) E-mail: [email protected]
В работе изучена агрегативная устойчивость и вязкость дисперсных магнийси-ликатных систем различного состава. Установлены условия проведения процесса диспергирования и оптимальный состав.
Как известно [1, 2], для изготовления сма-зочно-охлаждающих жидкостей, используемых при обработке металлов, нашли применение силикатные дисперсии сложного состава. Преимуществом таких систем является то, что они приготовлены на основе водных растворов.
Ранее [3,4] при изучении агрегативной устойчивости дисперсных алюмосиликатных систем было показано, что с увеличением времени диспергирования сначала наблюдается возрастание агрегативной устойчивости, а затем ее стабилизация. Максимальная стабильность изученных систем достигается при массовой доле алюмосиликата 25-30 %. Температура оказывает малое влияние на процесс диспергирования. С целью повышения эффективности действия подобных систем представляло интерес изучение свойств дисперсий другого состава. В настоящей работе изучена аг-регативная устойчивость и вязкость водных маг-нийсиликатных систем различного состава.
При формовании полимерных изделий большое значение имеют растворы, обладающие антиадгезивным действием. С целью выбора состава раствора исследованы магнийсиликатные дисперсии со средним размером частиц 15 мкм. В качестве связующего компонента использовался водно-спиртовой раствор. Для улучшения смазочного действия изучаемых систем, понижения трения и износа защищаемых деталей в дисперсную систему вводили 2 % диспергатора К. Дисперсные системы получали при постоянном перемешивании при скорости мешалки 50 оборотов в минуту и массовой доле магнийсиликата 15-35 %. Температура процесса составляла 20 °С. Интенсивность образования пены определяли органолептически.
В связи с тем, что устойчивость дисперсных систем характеризуется постоянством степени дисперсности и концентрации дисперсной фазы, была изучена зависимость агрегативной устойчивости от времени диспергирования. Через определенные промежутки времени из верхней и нижней частей сосуда отбирали пробы дисперсии
в керамические чашки и взвешивали на аналитических весах. Затем пробы сушили в сушильном шкафу при 80-90°С до постоянного веса и рассчитывали агрегативную устойчивость. Зависимость агрегативной устойчивости от времени диспергирования при различном содержании магнийсили-ката приведена на рис.1.
120 100 80 60
<
40 20 0
0 50 100 150 200 время, мин.
Рис. 1. Зависимость агрегативной устойчивости (АУ) от времени диспергирования при различной массовой доле магний-силиката (МС)
Fig.1 Aggregate stability as a function of dispersing time under different magnesium silicate mass ratio
Как показывает сравнительный анализ полученных результатов, с увеличением времени диспергирования сначала наблюдается возрастание агрегативной устойчивости, а затем ее стабилизация. При концентрациях менее 25% стабилизация дисперсии достигается только через 2-3 часа. Максимальное постоянное значение агрега-тивной устойчивости достигается при массовой доле магнийсиликата 25-35%. При дальнейшем увеличении концентрации магнийсиликата (до 60 %) вязкость раствора сильно повышается, что негативно сказывается на ходе проведения процесса диспергирования. Для всех составов дисперсии наблюдалась слабая интенсивность образования пены.
> МС, 15 %
-■-МС, 20 %
-Л-МС, 25 %
—«-МС, 30 %
-□-МС, 35 %
В отличие от алюмосиликатных систем (рис.2) максимальная агрегативная устойчивость магнийсиликатных систем при концентрациях 2535 % достигается быстрее, практически на первых минутах. По-видимому, это связано с различным поляризующим действием ионов магния и алюминия. Высокая поляризующая способность иона алюминия, связанная с его высоким зарядом и меньшим, чем у магния размером атома приводит к усилению степени гидролиза ионов алюминия в водных растворах, образованию малорастворимого гидроксида, что, вероятно, и снижает стабильность дисперсных алюмосиликатных систем.
120 100 80 60 40 20 0
—♦—АС, %, 10% -О—АС, %,15% —Ж—АС, %, 20% А АС, %, 25% —Д—АС, %, 30% -О— АС, %, 35% -■—АС, %, 40%
50 100 150 время, мин.
200
Рис. 2. Зависимость агрегативной устойчивости (АУ) от времени диспергирования при различной массовой доле алюмосиликата (АС)
Fig.2. Aggregate stability as a function of dispersing time under different aluminum silicate mass ratio
В работе проведено исследование зависимости вязкости дисперсных систем от содержания в них магнийсиликата. Вязкость определяли по времени истечения дисперсных растворов через отверстие диаметром 4 мм при комнатной температуре. Как видно из рис. 3, с возрастанием содержания магнийсиликата в интервале концентраций 15-40 % вязкость дисперсии возрастает и при концентрации 30 % достигает постоянного значения.
Рис.3. Зависимость вязкости дисперсии от массовой доли
магнийсиликата Fig.3. Dispersion viscosity vs magnesium silicate mass ratio
Для изучения зависимости агрегативной устойчивости дисперсных магнийсиликатных систем от содержания в растворе диспергатора К были исследованы водно-спиртовые растворы с массовой долей магнийсиликата 25 % и диспергатора К 1-3 %. В качестве ПАВ в дисперсные растворы был добавлен олеат натрия. Как показывают результаты исследования, при всех указанных концентрациях диспергатора К максимальная агрегативная устойчивость (~100 %) достигается практически на первых минутах. При этом вязкость дисперсий изменялась мало и составляла 16,1-17,0 с. Отсюда следует, что оптимальной для дальнейшего изучения подобных систем является концентрация диспергатора К - 1 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ. М.: Химия. 1975.
2. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочное издание под ред. В.М. Школьникова. М.: Химия. 1989.
3. Коваленко Ю.В., Леонова И.В., Смирнова Е.А. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2006. Т. 49. Вып.3. С. 109-110.
4. Коваленко Ю.В., Леонова И.В., Смирнова Е.А. Вестник ЯГТУ. Сб.научных трудов. Ярославль. 2005. Вып.5. С. 25-28.
0
Кафедра общей и физической химии
