РОЗДІЛ 2
Об’єкти і методи дослідження
2.1. Характеристика модельних об’єктів
Вода, як найбільш поширена рідина в природі, відіграє визначальну роль у
природних процесах, у промисловості, в с/г, в хімічних і біологічних процесах,
у ряді інших областей людської діяльності [77]. Унікальна природа води, великі
запаси і об’єми її споживання, доступність і технологічність дозволяють
використовувати воду як найбільш поширений розчинник і реагент. Разом з тим,
широке впровадження таких ТДС, як полімерні матеріали, що працюють у контакті з
водою, поставило перед дослідниками принципово нове завдання – дослідити стан,
структуру і взаємодію води з полімерами [82], її рух у порах цих тіл за різних
зовнішніх умов, у тому числі і в присутності ЕП. Вода хоч і не полімерна
речовина, проте являє собою високоасоційовану рідину.
Серед неорганічних полімерів найбільшу і найрізноманітнішу групу в земній корі
становлять сполуки кремнію з киснем [83], які активно взаємодіють з водою за
механізмом фізичної адсорбції її молекул, обмежено розчиняючись у ній [78 –
80]. По капілярах, утворених силікатами, рухається вода і її розчини в породах,
глинах, піщаниках і ґрунтах [3, 57, 62, 76, 80].
Поширеною сполукою кремнію з киснем є SiO2 – кремнезем або кварц. Це
тривимірний неорганічний сітчастий полімер з тетраедричною конфігурацією. Кварц
має полімерну структуру типу [–SiO2–]n і містить як іонні, так і ковалентні
зв’язки [83]. Зовнішня поверхня кварцу покрита гідроксильними групами ОН–, які
за допомогою водневих зв’язків активно взаємодіють з молекулами води [79, 80].
При цьому в залежності від вологості і температури повітря утворюються тонкі
(від моношару, і до 2 та більше полімолекулярних шарів) a- і товсті b-плівки
об’ємної води, після її стікання з поверхні твердої фази.
При гідратації SiO2 утворюється кремнієва кислота, внаслідок поліконденсації з
якої утворюється полікремнієва кислота. З часом вона перетворюється в
гельсітчастий полімер тривимірної структури з певною кількістю гідроксильних
груп у ланцюгах. Відщеплення їх сприяє утворенню силікагелю, різні марки якого
широко використовують як першокласні адсорбенти [79].
До синтетичних органічних полімерів відноситься ПВХ. Цей полімер за обсягом
застосування, в тому числі, як електроізоляційний матеріал, займає одне з
провідних місць [84, 85]. Його виробництво продовжує зростати швидкими темпами
[86]. ПВХ володіє низкою цінних властивостей: невелика питома вага, мала
горючість, велика корозійна стійкість, порівняно низька вартість і можливість
використання в твердому і пластифікованому вигляді.
Хімічна і механічна стійкість та високі діелектричні властивості обумовлюють
використання ПВХ для виготовлення різних комунікацій, деталей, резервуарів
електролізних і травильних ванн, труби і трубки для транспортування агресивних
речовин при різних температурах аж до 333 К. З пластифікату екструзією
виготовляють трубки d = 1 ч 50 мм як для ізоляції кабелів, так і для подачі
води і водних середовищ, масла, повітря [87]. Але в зв’язку зі слабкими
гідрофільними властивостями ПВХ [83], а, відповідно, і великим крайовим кутом
змочування q їхні капілярно-транспортні властивості відносно води і водних
розчинів незначні.
Вибір матеріалів дослідження зумовлений як значною поширеністю вказаних речовин
у природі і виробництві, так і різкою відмінністю в змочуванні цих речовин
водою (кварц добре змочується водою), а ПВХ майже не змочується. За таких умов
у кварцових трубках спостерігається інтенсивне КУ, тоді як у КТ з ПВХ вода
майже не входить. У фізичному і практичному плані цікаво було б порівняти вплив
НЕП, особливо розрядних, на гідрофобні і ТМП властивості цих речовин, оскільки
вони завжди знаходяться в тих чи інших НЕП.
Як основний об’єкт дослідження був використаний промисловий лінійний
гнучколанцюговий полімер вінілового ряду – аморфний ПВХ, суспензійної
полімеризації з константою Фікентчера 65. ПВХ – це модельний матеріал, оскільки
він володіє широким спектром змін структурної організації на різних рівнях
[86]. Молекулярна маса такого полімеру, визначена віскозиметрично в
циклогексані на віскозиметрі Освальда-Уббеллоде при 295К і розрахована за
рівнянням Марка-Куна-Хувинка, складає 1,4Ч105. Основні фізичні характеристики
ПВХ [86] та кварцу [88] подані в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Основні фізичні характеристики ПВХ і кварцу
Речовина
ПВХ
Кварц
Густина при 293К rЧ10–3, кгЧм-3
1,35–1,43
2,65
Температура склування ТС, К
353
Температура плинності ТП, К
453
>1473
Теплопровідність при температурі 90-340К l, ВтЧм-1ЧК-1
0,125–0,175
1,36
Питома теплоємність с, кДжЧкг-1ЧК-1
0,85–2,14
0,73 –1,17
Температурний коефіцієнт об’ємного розширення (293-357) b, К-1
(3–4,2)Ч10-4
1,755Ч10–6
Теплостійкість по Мартенсу TТП, К
323–353
Питомий електричний опір при 293 К,
об’ємний при j = 10 % rV, ОмЧм
1017
1017
поверхневий при j = 50% rS, Ом
1015
1014
поверхневий при j = 65% rS, Ом
1013
1012
Діелектрична проникність при 293 К,
статична e
3,74
3,8
10 МГц e/
3,3
3,7
Тангенс кута діелектричних втрат при 10 МГц tg d
0,013
2Ч10–4
Електрична міцність ЕПР.П, ВЧм-1
статична при 293 К
статична при 413 К
5,2Ч108
5Ч107
9,3Ч108
при 50 Гц і 293 К
5,2Ч107
при 50 Гц і 413 К
0,48Ч107
Енергія термодеструкції ЕТД, кДжЧмоль-1
100–110
Водопоглинання за 24 год С, %
0,66
5,7
Крайовий кут змочування q, град
88,5єё 89,5°
4 ё 10є
Для дослідження руху рідини і пари під впливом НЕП як модельні об’єкти
використовувались кварцові КТ з складом 99,9 % SiO2, які мали радіуси r0 від
0,11мм до 5,53мм. Вони були виготовлені в лабораторії тонких шарів рідин
Відділу поверхневих явищ Інституту фізичної хімії РАН
- Київ+380960830922