Yessenov forum «ЖАҢа мағыналар»

193 

 

жатқызуға  болатыны  көрсетілді  [2].  Осындай  жаңа  беттік-активті  заттарды  өндіру  бір 

жағынан  теориялық  қызығушылық  туғызса,  екінші  жағынан  практикалық  маңызды. 

Осыған байланысты, жұмыста ионсыз полимер полиэтиленгликоль мен табиғаты әртүрлі 

беттік-активті заттардан тұратын композициялардың беттік керілулері өлшеніп, олардың 

адсорбциялық қабаттарына температураның әсері зерттелді. Алынған композицияларды 

көбіктер,  эмульсиялар,  суспензиялардың тұрақтандырғышы  ретінде қолданып,  жуғыш 

заттардың құрамына енгізуге болады.  

Бұл жұмыста бастапқы материалдар ретінде полиэтиленгликоль (Mr =3000, [-CH

2

 

–  CH

2

  -  O]n);  Твин-80  (ангидросорбиттің  оксиэтиленген  моноолеаты);  натрий 

додецилсульфаты  (C

12

H

25

OSO

3

Na)  (ДДС);  цетилпиридиний  бромиді  (С

16

Н

33

С

5

Н

5

NBr) 

(ЦПБ)  алынды.  Қолданылған  заттар  қосымша  тазартуды  талап  етпеді,  себебі  беттік 

керілудің изотермаларында ауытқулар болмады.  

Беттік  керілу  жетілдірілген  Вильгельми  тәсілімен  өлшенді.  Бұл  әдіс  дәлдігі 

бойынша  көпіршікті  немесе  үзілген  тамшы  әдісіне  қарағанда  тиімдірек.  Бұл  әдіс  ұзақ 

уақыт аралығында фаза аралық керілуі өзгеретін ерітінділердің σ-сын есептеуге қолайлы 

болғаны  үшін  таңдап  алынған.  Зерттеліп  жатқан  ерітінді  ақырын,  жоғары  –  төмен 

қозғалатын  тұғырға  орналасқан  термостатталған  стаканға  орналастырады.  Көтереңкі 

стол  ақырын  және  жеңіл  қозғалады.  Осылайша  теңселу  болмайды.  Ерітіндідегі 

пластинканы тарту күші ± 10-6 кг дәлдікпен өлшенеді. Таразы стаканының орнына беті 

және  ернеуі  тегістеліп  өңделген  көлемі  (15х15).  10-3  м  платина  пластинкасы  ілінеді. 

Өлшеуіш  пластинка  бетінің  кедір-  бүдірлігі  зерттелетін  ерітіндінің  платина  бетіне 

жұғуын жақсартып, өлшеудің дәлдігін арттырады. Өлшеуіш шыны ұяшықтағы ерітінді 

температурасы ± 0,05 0 С дәлдікте U-2 термостат көмегімен тұрақтандырылып отырады. 

Беттік  керілуді  (σ)  анықтау  үшін  пластинканың  тартылу күші  (Рx  )  торзионды таразы 

көмегімен  өлшенеді.  Пластинаның  өте  жоғары  σ  мәнінің  салдарынан  алғашқы  тез 

тартылудан  кейінгі  уақытта  беттік  керілудің  баяу  өзгерісі  барысында  Рx  шамасы 

төмендеуі  байқалады.  Ал  таразы  көмегімен  белгілі  уақыт  аралықтары  өткенде  жазып 

отырады.  

Беттік керілуді мына теңдеумен есептелінеді: 

 

 

мұндағы: Р – пластинка салмағы, кг;  

S-пластинканың көлденең қимасының ауданы, м; 

b- қалыңдығы. 

Сенімділік коэффициентті 0,95 өлшем қателіктері ±0,2 мН/м аспайды. 

 

Полимер – беттік-активті зат (БАЗ) комплекстерінің негізіндегі композициялық 

БАЗдар  көптеген  салаларда  дисперстік  жүйелердің  қатысуымен  жүретін  процестерде 

тұрақтандырғыш,  солюбилизацилаушы,  жұқтырғыш,  көбік  түзгіш,  эмульсиялағыш 

ретінде  кеңінен  қолданылады.  Композициялық  БАЗ-дарды  халық  шаруашылығының 

көптеген саласында қолдану үшін олардың әртүрлі фазааралық шекарадағы қасиеттерін 

зерттеу қажет. БАЗ – полимер ассоциаттарының әрекеттесу заңдылықтары шетел және 

отандық  ғалымдардың  еңбектерінде  [1,  2]  анықталып,  мұндай  ассоциаттарды  не 

комплекстерді БАЗ-дардың жаңа тобына жатқызуға болатыны көрсетілді.  

Сондықтан  олардың  әртүрлі  фазааралық  шекаралардағы  жұқа  қабаттарының 

түзілуі  мен  қасиеттерінің  ерекшеліктері  қызығушылық  туғызуда.  Сонымен  қатар 

194 

 

композициялық  БАЗ-дарды  қолданудың  теориялық  аспектілері  олардың  әртүрлі 

температурадағы адсорбциясының зерттелуін талап етеді. 

 БАЗ-полимер  комплекстерінің  фазаларды  бөлу  шекарасындағы  адсорбциясын 

термодинамика  тұрғысынан  қарастыру  осы  үдерістің  табиғаты  туралы  мәлімет  беріп, 

адсорбциялық  қабаттардың  құрылымын  зерттеудің  жанамалы  әдісі  болып  табылады. 

Осыған  байланысты,  жұмыста  ионсыз  полимер  полиэтиленгликоль  мен  табиғаты 

әртүрлі,  яғни  анионды  (натрий  додецилсульфаты,  ДДС),  катионды  (цетилпиридиний 

бромиді,  ЦПБ)  және  ионсыз  (Твин-80)  беттік-активті  заттардан  тұратын 

композициялардың  беттік  керілулері  өлшеніп,  олардың  адсорбциялық  қабаттарына 

температураның әсері зерттелді. Полимер ретінде ионсыз полиэтиленгликольдің алыну 

себебі бейионды БАЗ-дар мен полимерлер улы емес, биоыдырағыш, яғни адам ағзасы 

мен  қоршаған  ортаға  залалсыз.  Сондықтан  да  олар  тамақ,  фармацевтикалық, 

косметикалық, тұрмыстық химия тауарларының өндірісінде кең қолданысқа ие.  

1-4-суреттерде  жеке  компоненттердің,  яғни  цетилпиридиний  бромид,  натрий 

додецилсульфаты,  Твин-80  және  цетилпиридиний  бромиді,  натрий  додецилсульфаты, 

Твин-80-мен  ассоциаттары  ерітінділерінің  беттік  керілу  төмендеуінің  кинетикалық 

қисықтары келтірілген. 

 

 

195 

 

 

 

Кинетикалық қисықтар арқылы заттардың сұйық – газ шекарасындағы адсорбция 

жылдамдығын  бағалауға  болады.  Алынған  мәліметтер  бойынша,  ЦПБ,  ДДС,  ПЭГ  аз 

концентрациясында  фазааралық  қабатта  жылдам  адсорбцияланып,  олардың  беттік 

керілуі  тепе-теңдікті  мәндеріне  5-10  минутта  жетеді.  Мұндай  жағдай  заттардың 

молекулалық массасының төмен шамасымен түсіндіріледі. Мицелла түзгіш БАЗ  – дар 

мен  полимерлердің  әрекеттесу  ерекшеліктері  беттік  керілу  изотермаларында 

бейнеленеді  (5-7  суреттер).  [3]  жұмыстарында  көрсетілгендей,  ионогенді  БАЗ  –  дарға 

полиэлектролит  қосқанда,  МТКК-сы  азаяды.  [4]  авторлары  бойынша,  мұндай  жағдай 

ДДС пен полимер катионының арасындағы электрстатикалық әрекеттесуге байланысты. 

[5] авторлары бойынша, полиэлектролиттің қатысуымен БАЗ молекулалалары өздерінің 

гидрофобты  топтарымен  полимер  тізбегіне  адсорбцияланып,  мицеллалық  агрегаттар 

түзіледі. 

 

 

196 

 

 

 

 

Ал 

ионсыз  полимерге 

келетін 

болсақ, 

беттік-активті  заттар 

мен 

полиэтиленгликоль арасында гидрофобтық әрекеттесулер арқылы нығайтылған сутектік 

байланыстар  орын  алады.  Нәтижесінде  тиімді  орналасқан  реттілігі  жоғары,  араласқан 

адсорбциялық  қабат  пайда  болады.  Мұндай  қорытындыны  беттік  активтіліктің  (G) 

шамалары  да  дәлелдейді  (кесте  1).  Беттік  керілудің  изотермаларынан  Ребиндердің 

теңдеуі бойынша  

 

жеке  және  композициялық  беттік-активті  заттардың  беттік  активтіліктері 

есептелді.  1кестедегі  нәтижелер  көрсеткендей,  беттік-активтіліктің  шамалары  едәуір 

өседі.  Беттік  активтіліктің,  яғни  адсорбциялану  қабілеттіліктің  мұндай  өсуі 

полиэтиленгликольдің жоғары молекулалы табиғатына байланысты: макромолекуланың 

бөлу  бетімен  контактілер  саны  өседі  (буындардың  фазааралық  бетімен  кооперативті 

әрекеттесуі).  

 

197 

 

Кесте 1 - Беттік-активті заттардың беттік активтіліктері 

 

 

 

 

 

 

 

Химиялық  термодинамика  мен  коллоидтық  химияның  классикалық  негіздерін 

ескере  отырып,  полиэтиленгликоль,  цетилпиридиний  бромиді,  Твин-80  және  натрий 

додецилсульфатының  адсорбциясының  термодинамикалық  параметрлері  анықталды. 

ПЭГ,  беттік-активті  заттар  және  олардың  ассоциаттарының  адсорбция  кезіндегі 

энтропияның өзгеруі  

 

 

 

Теңдеуімен есептелді. Бұл теңдеу ∆S шамасын беттік керілудің температуралық 

тәуелділіктерінен  табуға  мүмкіндік  береді.  Әртүрлі  температурадағы  энтальпияның 

өзгеруі келесі теңдеуден анықталады: 

 

мұндағы  ∆H  –  зерттелу  жүргізілген  Т  температурадағы  энтальпияның  өзгеруі, 

мДж/м

2

  ,  σ∞  –  беттік  керілудің  тепе-теңдікті  мәні,  мН/м,  Т  –  температура,  К,  ∆  S  – 

энтропияның өзгеруі, мДж/м

2

 К.  

Термодинамикалық параметрлерді есептеу нәтижелері кестелерде келтірілген.  

 

Кесте 2 - Адсорбциялық қабаттардың термодинамикалық параметрлері 

 

БАЗ және ПЭГ- БАЗ 

копозициялары 

Δ S, мДж/м

2

К 

ΔHм, Дж/м

2

 

ПЭГ 

0,175 

186,4 

ДДСNa 

0,735 

69,37 

Твин-80 

0,779 

119,79 

ЦПБ 

0,490 

133,38 

ПЭГ + ДДСNa 

0,335 

107,60 

ПЭГ +Твин-80 

0,09 

111,18 

ПЭГ +ЦПБ 

258,29 

0,640 

 

Кестелердің 

мәліметтері 

көрсеткендей, 

беттік-активті 

заттардың, 

полиэтиленгликольдің, олардың ассоциаттарының адсорбциясы энтропияның ұтысымен 

жүреді  (∆S>0).  Адсорбцияның  мұндай  энтропиялық  ұтысы  Немети-Шераганың 

гидрофобтық  әрекеттесулер  теориясынан  ерітікштің  құрылымына,  яғни  адсорбция 

кезінде БАЗ радикалдары фазааралық қабатқа шыққанда, олардың маңайындағы судың 

мұз тәрізді құрылымдардының бұзылуына байланысты. БАЗ-дардың адсорбциясындағы 

Беттік-активті заттар 

G, мН/моль м 

ПЭГ 

5608 

ДДСNa 

19525 

Твин-80 

36325 

ЦПБ 

63465 

198 

 

энтропия өсуінің себебі беттік қабатқа шыққанда, БАЗ молекуласындағы көмірсутектік 

радикалдардың айналу энтропиясы ұлғаяды. 

Су  құрылымының  бұзылу  энтропиясының  және  көмірсутекті  радикалдардың 

айналу  энтропиясының  өсуіне  сұйық  –  газ  шекарасындағы  БАЗ  және  полимердің 

адсорбциясының  энтропиялық  табиғаты  жоғарыда  айтылған  екі  фактор  да  негіздейді 

деуге  болады.  Жеке  компоненттердің  сұйық-газ  шекарасындағы  беттік  керілуіне 

қарағанда  натрий  додецилсульфаты,  цетилпиридиний  бромиді,  Твин-80-  мен 

композицияларының беттік керілуі төмен. Полимер қосқанда беттік-активті заттардың 

беттік  активтілігі  өседі.  Химиялық  термодинамика  мен  коллоидтық  химияның 

классикалық  негіздерін  ескере  отырып,  полиэтиленгликоль,  цетилпиридиний  бромиді, 

Твин-80  және  натрий  додецилсульфатының  адсорбциясының  термодинамикалық 

параметрлері анықталды.  

 

ӘДЕБИЕТТЕР 

 

1.  Холмберг  К.,  Иенссон  Б.,  Кронберг  Б.,  Линдман  Б.  Поверхностно–

активныевеществаиполимерывводныхрастворах.  -М.:  БИНОМ.Лаборатория  базовых 

знаний, 2007. – С.5-11.  

2. Харитонова Т.В., Иванова Н.И., Сумм Б.Д. Межмолекулярные взаймодействия 

в бинарных смесях катионного и неионогенного ПАВ // Коллоидный журнал. – 2002. №5. 

– С.685−696.  

3.  Karpov S.V., Gerasimov V.S.,  Isaev  I.L., Markel  V.A. Local  anisotropy and giant 

enhancement  of  local  electromagnetic  fields  in  fractal  aggregates  of  metal  nanoparticles  // 

Physical Review B. − 2005. − Vol.72. − P.205-210.  

4.  Dimitrova  T.D.,  Leal−Calderon  F.  Surface  forces  in  model  oil-in-water  emulsions 

stabilized by proteins // Advances in Colloid and Interface Science. − 2004. − Vol.108-109. − 

P.73-86.  

5. Mackie A.R. Structure of adsorbed layers of mixtures of proteins and surfactants // 

Current Opinion in Colloid & Interface Science. − 2004. − Vol.9. − P.357-361. 

 

жүктеу/скачать 7,85 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: