Создание смесей на основе ПАВ для улучшения смачивания гидрофобных поверхностей

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Прикладная химия

Авторы работы: ГБОУ Школа № 878

Email: Написать

Предметы: Физика, Химия

Классы: 10 класс

Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Изучение поверхностно активных веществ помогает использовать явления смачивания и растекания, используемые в нанесении различных покрытий на самые разнообразные поверхности, осуществлении эффективной доставки средств защиты растений, проведении нефтедобычи, обеспечении быстрого пожаротушения и многом другом.

Цель

Получение и изучение смесей на основе растворов ПАВ, которые будут обладать улучшенными смачивающими характеристиками

Задачи

Изучение смачивающих свойств индивидуальных растворов ПАВ и смесей на их основе
Поиск оптимального соотношения растворов ПАВ, при котором будут наблюдаться наилучшие смачивающие характеристики

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Реактивы

(неионогенное ПАВ-этоксилированный 2-пропилгептанол со степенью этоксилирования 5 (LutensolXP (BASF))
(анионное ПАВ Tivida FL 2300 (MerkcKGaA))
Дистиллированная вода

Оборудование

Цифровой тензиометр К9 (Krüss)
Цифровая видеокамера
Гидрофобная плёнка Parafilm (выступала в качестве гидрофобной поверхности)

Описание

Автором были исследованы растворы индивидуальных ПАВ и их смесей. Для изучения коллоидно-химических свойств выбранных ПАВ готовились серии водных растворов с содержанием ПАВ в концентрации от 0,003125 % до 0,05 %(непосредственно автором). Так как комбинирование ПАВ разной природы в некоторых случаях способно привести к улучшенному смачиванию, часть углеводородного ПАВ (LutensolXP 50) в растворе заменялась автором на фторированный (TividaFL2300), готовились смесевые растворы с различным содержанием фторированного ПАВ (непосредственно автором).

Зависимость поверхностного натяжения от массовой концентрации ПАВ в растворе

Содержание фторированного ПАВ в смеси варьировалось от 10 % до 50 % с шагом 10. Измерение поверхностного натяжения растворов осуществлялось автором с помощью цифрового тензиометра К9 (Krüss) по методу пластинки Вильгельми. Кинетика растекания сидячей капли исследуемых жидкостей по гидрофобной поверхности изучалась с помощью цифровой видеокамеры (непосредственно автором). С помощью полученных видеоизображений, характеризующих динамику процесса смачивания гидрофобной поверхности растворами ПАВ, были рассчитаны параметры капли, такие как радиус капли, её относительная площадь растекания.

Результаты работы/выводы

Были построены и изучены графики с построениями зависимости поверхностного натяжения от массовой концентрации растворов индивидуальных ПАВ и смесей ПАВ
Были составлены графики, отображающие кинетические свойства (растекание капли) смесей ПАВ с концентрацией 0,05; 0,025; 0,0125 и 10 %; 30 %; 50 % содержанием Ф-ПАВ
Выявлена оптимальная концентрация и процентное содержание Ф-ПАВ в смеси УВ-ПАВ и Ф-ПАВ (30 % Ф-ПАВ и концентрация 0,025)

Перспективы использования результатов работы

Продолжение проекта является перспективным, так как индивидуальные растворы ПАВ можно заменить другими и пробовать добиться ещё лучших результатов. Также стоит измерить все возможные характеристики полученного раствора, которые не были измерены во время его изучения¸ для его дальнейшего использования.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет», Детский технопарк «Альтаир» – РТУ МИРЭА