Определяне на влиянието на вида на добавката върху повърхностното напрежение на разтвори, предназначени за електроовлакняване


Категория на документа: Други


Определяне на влиянието на вида на добавката върху
повърхностното напрежение на разтвори предназначени за
електроовлакняване

Резюме:
Изследвано е влиянието на добавки върху свойствата на разтвор от ПВА, предназначен за получаване на нановлакна чрез електроовлакняване. Определени са някои от свойствата
на разтворите -вискозитет, електропроводимост, повърхностно напрежение. Също така е определена омокрящата способност на тези разтвори върху пет вида подложки, използвани
заносители на нановлакна.

Увод
Електроовлакняването е процес на получаване на нановлакна с използване на електрически зареден полимерен разтвор или стопилка. Параметрите на отлаганите влакна до голяма степен зависят от свойствата на разтвора.Когато се използват полимери с ниско молекулно тегло и концентрация, което води и до намаляване на вискозитета, повърхностното напрежение играе съществена роля за морфологията на получаваните влакна. То е причина за образуването на т.нар. "вретеновидни"дефекти
във влакната [1, 2].За да започне процесът електроовлакняване, е необходимо

електрически зареденият разтвор да преодолее повърхностното си напрежение[3].
Желателно е то да е по-ниско, тъй като по този начинсенамалява критичното напрежение, необходимо за изтегляне на струя от конуса на Тейлър [4].Под повърхностно напрежение се разбира способността на течността да се свива до възможно най-малката площ (капка), за да постигне възможно най-ниска свободна енергия,което й позволява да се противопостави на действащите външни сили.
Повърхностното напрежение на течности възниква на границата на две фази -
течност/въздух или течност/твърдо тяло. Състоянието на молекулите,разположени вътре в течността, се различава от състоянието им на границата между двете фази.
Молекулите от повърхностния слой винаги взаимодействат по различен начин с всяка една от съседните фази, което се дължи на тяхната природа, агрегатно състояние и различни физични свойства. В резултат молекулите на повърхността изпитват притегляне в посока към вътрешността на разтвора, който се стреми да се свие до минималните възможни размери [5, 6].
При процеса на електроовлакняване от значение са и свойствата на използваната подложка (гладкост/развласеност, хидрофилност/хидрофобност, морфология, плътност и т.н.). Така при избора на колектор трябва да се вземе предвид и омокрянето на повърхността му.
Омокрянето е повърхностно явление, което възниква в резултат на междумолекулното взаимодействие при контакт между три фази - течна, твърда и газообразна. Формата на капката и контактният ъгъл между допирателната, прекарана към нейната повърхност и повърхността на твърдото тяло, е мярка за способността на дадена течност да омокри дадена повърхност. Когато този ъгъл е по-голям от 90о се приема, че течността не омокря повърхността, т.е. спрямо нея повърхността е хидрофобна, ако се касае за воден разтвор. Омокряне има когато ъгълът между течността и повърхността е нула или е близък до нула, така че тя лесно се разлива [6].
Целта на настоящата работа е да се намери начин за определяне на влиянието на добавки с различен характер към матрицата от базов полимер при получаване на хибридни нановлакна. Изследвани са два основни параметъра на разтворите, предназначени за електроовлакняване - повърхностното им напрежение и омокрянето на повърхността на колектора, които имат определящо значение за процеса на изтегляне на полимерната струя. Във връзка с това е разработена методика, адаптирана както за изследваните високовискозни разтвори, така и към повърхностите, използвани за колектори на изтеглените влакна.
Експериментална част
За изследванията са използвани водни разтвори на поливинилалкохол (ПВА) с концентрация 9%. Към част от тях са добавени sol-gel силоксанови полимери с включени части на природни биоактивни продукти. Количеството на добавките е 1% от това на сухия ПВА, използван за получаване на полимерния разтвор. Използваните разтвори са дадени в таблица 1:
Таблица 1
Използвани разтвори
Разтвор
Описание
PVA
9% ПВА с молекулно тегло 72 000
PVA+BEE
9% ПВА с добавка продукт, съдържащ пчелен восък
PVA+SPA
9% ПВА с добавка на микроемулсия, съставена от силикони и копринен протеин


С помощта на кондуктометър (Hanna-EC/TDS) е измерена електропроводимостта на разтворите, а чрез ротационен вискозиметър (Fungilab Expert) - вискозитетът.
Повърхностното напрежение е определено по тегловен метод. Използвана е бюрета от 10ml, поставена на стойка във вертикално положение. Чрез електронна везна е измервана масата на 20, 30, 40 и 50 капки от всеки разтвор. Повърхностното напрежение е изчислено по формула 1.

γ=m∙g2∙π∙r∙k, mN/m (1)
където: m - масата на една капка, g;
g - земното ускорение, cm/s2;
r - радиус на капилярата, cm;
k=1,097 - корекционен коефициент [7].
Изчислена е средната стойност за повърхностното напрежение в зависимост от броя на капките.
Ъгълът на омокряне е определен за всеки един разтвор върху пет вида подложки, като са извършвани по 5 измервания. Видът на подложките е даден в таблица 2. Използвана е бюрета от 10ml, поставена вертикално над пробата на разстояние 2 cm. Падането на капката и поведението й върху подложката е заснето чрез високоскоростна камера Fastec Imaging. От направените снимки (фиг.1) са измерени височината и диаметъра на капката. Ъгълът на омокряне θ е изчислен по формула 2:
θ=2arctg.2hd (2)
където: h - височина на капката, mm;
d - диаметъра на капката по линията на контакт с твърдата повърхност, mm.

Таблица 2
Използвани подложки за определяне на контактен ъгъл на омокряне



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Определяне на влиянието на вида на добавката върху повърхностното напрежение на разтвори, предназначени за електроовлакняване 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.