РОЗДІЛ 2
МЕТОДИЧНІ АСПЕКТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Для реалізації поставленої мети дисертаційної роботи нами використані існуючі методи експериментальних досліджень, та розроблені нові методичні аспекти. Фізичні властивості розчинів, екстрагентів, теплоносіїв визначалися за стандартними методиками. Також, за стандартими методиками визначалися водо- та розчинопоглинання зразків шкури прісно-сухого консервування.
2.1. Визначення динамічної в'язкості розчинів
Для визначення динамічної в'язкості розчинів використовували прилад Арреніуса. Робота приладу ґрунтується на використанні формули Пуазейля, згідно з якою, об'єм рідини W, яка витікає з довгої капілярної трубки, визначається співвідношенням 2.1:
W = , (2.1)
де p - різниця тисків на кінцях капіляра, Па; - час витікання рідини, с;
l - довжина капіляра, м; d - діаметр капіляра, м; - динамічна в'язкість рідини, Па(с.
З формули Пуазейля маємо:
= . (2.2)
В даній дисертаційній роботі визначали в'язкість розчинів, що витікають з капіляра під дією сили тяжіння. В цьому випадку спад напору на капілярі визначали з рівності 2.3:
p=, (2.3)
де - густина рідини (для води ? = 1000 кг/м3); g - прискорення вільного падіння (g = 9,8 м/с2); l, h - відповідно довжина капіляра і розширеної частини трубки, м;
Отже, робоча формула для визначення динамічної в'язкості має вигляд 2.4:
? = . (2.4)
Прилад Арреніуса (рис. 2.1) складається з довгого капіляра 1 діаметром d (в даному приладі d =1,5.10-3 м.), що розширений зверху. На початку і кінці розширеної частини є мітки "а" і "в". Капіляр з розширенням знаходиться в термостаті 2 (зовнішня трубка заповнена водою). Під приладом розміщується мензурка 3, яка призначена для вимірювання об'єму рідини, що витекла з капіляра.
Рис. 2.1. Схема приладу Арреніуса
Вимірювання динамічної в'язкості розчинів проводили в наступній послідовності:
1. Масштабною лінійкою вимірювали довжину капіляра l і довжину розширеної частини колби h.
2. Промивали капіляр досліджуваною рідиною.
3. Закривали нижній отвір капіляра і наливали в розширену частину досліджувану рідину до верхньої мітки "а".
4. Відкривали нижній отвір капіляра і випускали рідину в мензурку доти, доки рівень рідини опуститься від мітки "а" до мітки "б", одночасно відраховуючи секундоміром час витікання .
5. Вимірювали об'єм рідини, яка витікає W.
6. Дослідні дані, а саме, об'єм рідини W і час витікання досліджуваного розчину ?, а також густину рідини ?, діаметр капіляра d, довжину капіляра l,
висоту розширеної частини колби h, прискорення вільного падіння підставляли у формулу 2.4. Дослід повторювали декілька разів для виявлення похибки експерименту.
2.2. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу розчинів
Коефіцієнт поверхневого натягу рідин, що досліджувалися, вимірювали методом зважування крапель. Цей метод відомий давно і найбільш повно був описаний ще в 1864 році [67]. Рівняння 2.5. отримало назву закону Тейта (рис. 2.2):
G = 2?r? , (2.5)
де G - вага краплі, Н; r - радіус кола отвору трубки, з якої проводять крапання рідини, м; ? - коефіцієнт поверхневого натягу рідини, Н/м.
Рис. 2.2. Прилад для зважування крапель рідини
На практиці вага крапель є дещо меншою величиною, ніж G, бо біля 40% рідини залишається на кінці капілярної трубки. Математично ця проблема описана Данкеном [68], де складено таблиці поправочних значень коефіцієнтів до формули 2.5 з точністю до 1%. Також користуються рядом емпіричних залежностей [69]. Враховуючи поправочний коефіцієнт, в роботі [69], залежність 2.5 представлена у вигляді 2.6:
G1 = 2?r?f , (2.6)
де f - поправочний коефіцієнт [68].
Виходячи з рівності 2.6, отримують значення коефіцієнта поверхневого натягу рідини 2.7:
? = mg/2?rf . (2.7)
Значення поправочного коефіцієнта f доволі відчутне і залежить від радіуса капіляра трубки, з якої проводять накрапування і від природи самої рідини. Ці значення можна взяти з таблиць роботи [69]. Різні варіанти методу зважування крапель рідини представлені також в роботах [70, 71].
Нами проводилися вимірювання коефіцієнтів поверхневого натягу різноманітних розчинів на основі води, а також етилового спирту. При цьому визначалася маса п'яти крапель, бралися поправочні коефіцієнти f з таблиць [69] і визначалися коефіцієнти поверхневого натягу на межі Р - Г з рівності 2.7.
2.3. Визначення гідрофільності поверхні змочування
Гідрофільністю поверхні змочування називається співвідношення коефіцієнтів поверхневого натягу на межі середовищ: тверде тіло - газ, тверде тіло - рідина, рідина - газ і виражається косинусом кута змочування. Співвідношення для визначення гідрофільності поверхні змочування представлене нами в розділі 1 дисертаційної роботи (формула 1.30). Косинус цього кута показує гідрофільність чи гідрофобність твердого тіла залежно від того, чи менший, чи більший кут змочування за 900.
Експериментально косинус кута змочування на поверхнях твердого тіла визначали за допомогою цифрових фотозйомок крапель розчинів. При цьому відповідний розчин за допомогою піпетки краплею наносили на поверхню твердого тіла, робили цифрову фотозйо