表面活性剂和聚合物减阻溶液流变特性的实验研究含开题报告及任务书
表面活性剂和聚合物减阻溶液流变特性的实验研究含开题报告及任务书,表面活性剂,以及,聚合物,溶液,流变,特性,实验,试验,研究,钻研,开题,报告,讲演,呈文,任务书
序号: XX 学号: XXXX 实 习 报 告实习课程名称: 毕业实习 学 生 姓 名: XXXXX 学 院: XXXX 专 业 班 级: XXX 校内指导教师: XX 专业技术职务: XXX 实 习 单 位: 常州市东方锅炉压力容器制造有限公司 实习时间: 20XX 年 5 月 2 日 20XX年 5 月 5 日实习报告1 实习目的按照教学计划的安排,我校过程装备与控制工程专业的学生,跟随毕业设计环节的进行,为加强对压力容器(包括塔器、换热器等)的直观了解,加深对设计加工工艺过程的认识,深刻地理解图纸与实际加工过程中的要求,使得毕业设计环节可以高效、准确地完成对压力容器的尺寸设计和图纸绘制,特此进行对常州市东方锅炉压力容器制造有限公司的场内实习。通过实地考察、导师讲解、拍照记录和同学交流等方式开展实习活动,提升自己的专业素养,促进毕业设计环节的有效进行。2 实习时间2018年5月2日-2018年5月5日3 实习地点常州市东方锅炉压力容器制造有限公司4 公司简介常州市东方锅炉压力容器制造有限公司地处长江三角洲经济发达区的常州市东郊,毗邻沪宁铁路和沪宁高速公路,交通便利,具有得天独厚的经济地理位置,处于发展经济、对外贸易的最佳之地。公司具有悠久历史,最早成立于1958年,是江苏最早取得锅炉压力容器制造许可证单位之一,经过几十年企业员工的共同努力已成为初具规模的现代化企业。我公司现有员工200多人,其中工程技术人员占30%,高级工程师5名,工程师20多名,高级技师、技工5名及一大批高素质人材。公司现占地面积2.4万多平方米,拥有固定资产3000多万元,其中各类专用设备300多台套。具有完善的检测手段,配备有力学试验室、化学性能试验及无损探伤室等。经几十年的发展,公司的主要产品:有机热载体加热炉、各类非标压力容器已广泛用于化工、医药、石油、食品、印染、造纸、塑料、木业加工、油脂、碳素、油漆、家电、汽车等行业。5 实习内容本次的实习活动的开展大致可以分为四个部分,即厂房考察、导师和工人讲解、拍照记录以及师生交流。以下是拍照记录的相关内容:图5.1 换热管板换热管板和换热管管孔,可以清晰地看见换热管和管板之间的连接采用了内孔焊的焊接形式。这样的焊接形式,使得原来的交接接头转变为对接接头,优化了换热管与管板连接处的应力状态,大大减小了边缘应力。对于有应力腐蚀、或间隙腐蚀介质的换热器非常实用。此外,可以看出该换热器使用了一块分层隔板,壳程被分隔,形成了双管程结构。图5.2 管板焊接这是工人采用内孔焊的焊接方式进行管板焊接,使用脉冲焊机和氩气保护,这对工人的焊接要求较高,任何焊接缺陷都将导致整台换热器的报废,因为无法返修。图5.3 法兰和折流板图片上包含两样东西,分别是法兰和折流板。对于法兰,它是用螺栓的两个密封面相互挤压法兰垫片从而实现密封要求。而远处的折流板,可以看见是采用的横向弓形(圆缺形)折流板,在列管式换热器中,该样式的折流板有以下作用;增强流体在管间流动的湍流程度;增大传热系数;提高传热效率。同时它还起支撑管束的作用。图5.4 固定管板换热器由图可见尺寸型号、壳程设计不一的固定管板式换热器,图示为未安装封头的筒体结构。工人正在进行换热管与管板间的焊接。图5.5 U形换热管图示为U形管换热器中的换热管,U形管式换热器每根管子均弯成U形,流体进、出口分别安装在同一端的两侧,封头内用隔板分成两室,每根管子可自由伸缩,来解决热补偿问题。这样的换热器结构简单,只有一个管板,密封面少,运行可靠,造价低;管束可抽出,管间(壳程)清洗方便。但管板利用率低;内层管子不能更换,报废率高。图5.6 U型管插管图示表现的是对U形管换热器进行穿管的过程,图片中包括了拉杆、拉杆固定的折流板等的部件。图5.7 膨胀节 图5.8 膨胀节挠性元件上述两图,均为换热器中的膨胀节结构。膨胀节为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力,而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形,以吸收换热管与管板间由线性热膨胀差而产生的尺寸变化,或其轴向位移。图5.9 小型固定管板式换热器 图5.10 接管法兰图示是一个小型的固定管板式换热器,虽然体积很小,但是一般大型换热器具有的部件它全都具备,包括筒体、管板、膨胀节、接管、长颈法兰、支座、密封面、补强部分,可谓“麻雀虽小,五脏俱全”。就其中的长颈法兰部分进行讨论,即图5.10,可见法兰开孔并不在沿筒体方向的水平线上,而是与筒体轴线呈一定的角度。原因是根据换热器的力学性能要求,与轴线呈一定角度,其承载性能会更好。 图5.11 双层叠式换热器图示为两个竖直方向叠加在一起的用接管连通的固定管板式换热器,它们的铭牌标注完全一致。通过将两个换热器竖直向上进行叠加,可以有效降低换热器的占地空间,使得换热器更小型化,有效降低因壳程的增大而导致的换热器体型较大,但是仍然可以获得同大体型换热器一样的换热效果。图5.12 塔体裙座左图是一塔设备,从照片主体而言,可以看见这是塔体的裙座部分。该裙座部分采用圆锥形结构,该结构主要用于细高型塔设备的支承。在化工设备中,裙座是很好的固定支承装置,虽然它不是受压元件,但是对于整个塔器至关重要,其设计标准要求与受压元件相同。6 实习心得通过这短短几天的生产实习,让我学到了很多课堂上学不到的知识,可以说是受益匪浅了。压力设备的生产实习是一个重要的理论联系实际的教学环节,借由实习的机会,培养了自己理论联系实际、解决实际问题的能力,将所学的基础理论知识与专业知识,在生产实践中一一验证。通过压力容器厂间的生产参观,可以看到压力容器生产工艺的全过程,例如:U形管换热器的管子插管、折流板的安装、管板的焊接(主要参观的是内孔焊的焊接形式)、筒体法兰的固定、筒体的焊接。除此之外,还见到了许多已经装配完成的压力容器,有卧式换热器,包括U形管换热器、固定管板式换热器、容积式换热器等等;还有塔设备,塔径大大小小的塔设备摆放在车间里,人进去仿佛显得尤其矮小。其中有一个在竖直方向上将两个换热器进行堆叠的作为一个整体工作的换热设备,在占地面积较小的情况下依然可以获得较好的换热效果。同时,随行的导师和厂里的工作人员为我们进行压力容器实际生产的要求和工艺设计的讲解,开拓了我们的视野。让我印象深刻的是一个体型尺寸较小的压力容器,体型并不能说明一切的形容极为贴切。其中有一个接管长颈法兰,它的开孔并不在沿着换热器轴线方向和它的垂线上,而是开在与轴线有一定的角度的方向上。这样开孔的原因也比较多见,因为根据换热器的力学性能要求,开孔与轴线互成一定角度能够承受更大的压力,获得较好的承压性能。最后,虽然本次实习只有短短几天,但是通过本次实习,使我对压力容器的生产有了更加深入更为广泛的认识,对自己即将从事的工作渐渐憧憬起来。通过观察实践,让我认识到一个压力容器的制造需要各个岗位的工人们共同完成,对压力容器的设计、焊接工艺、热处理、无损检测等过程都理解了很多,对我的毕业设计和工作都提供了很大的帮助。9学号:XXXXXXXXX外文翻译(2018届)外文题目 Behavior of wormlike micellar solutions formed without any additives from semi-fluorinated quaternary ammonium salts 译文题目不含任何半氟化季铵盐添加剂形成的蠕虫状胶束溶液的行为外文出处 Soft Matter,2013,9,8992 学 生 XXX 学 院 XXX 专 业 班 级 XXX 校内指导教师 XXX 专业技术职务 XXX 校外指导老师 XXX 二一八年三月不含任何半氟化季铵盐添加剂形成的蠕虫状胶束溶液的行为Gennifer Padoan,ab Elisabeth Taffin de Givenchy,a Alessandro Zaggia,b Sonia Amigoni,a Thierry Darmanin,a Lino Conteb and Fred eric Guittard *aAuthor unit :a Univ. Nice Sophia Antipolis, CNRS, Laboratoire Physique Matire Condense, UMR 7336, Parc Valrose, 06100 Nice, France ;引用:Soft Matter,2013,9,8992 在目前的工作中,一系列氟化季铵盐是分两步合成的。所得表面活性剂的物理性质由DLS,电位,粘度和低温-SEM表征。具有长氟化链的表面活性剂形成长且高度柔韧的聚集体,导致高粘度溶液和形成由挠性蠕虫状胶束制成的缠结网络。形成没有任何添加剂的水凝胶的表面活性剂,其粘弹性特性与zeta电位和低温-SEM观察一起表征,它们呈现出的最大粘度作为蠕虫状胶束形成的函数。氟化烃和链长度的增加有助于这种粘弹性行为的提高。1.引言表面活性剂解决方案代表了一系列完备的自组装结构,为制药和化妆品行业的多种应用提供了强有力的工具。添加无机强碱性有机盐或带相反电荷的表面活性剂会导致聚集体的生长。这种生长通常导致高粘度溶液和形成缠绕网络,所述缠结网络由易形成的蠕虫状胶束(称为线状胶束)制成。这些聚集物的长度可以达到1mm,但是其直径只是构成分子长度的几倍。Prudhomme和Warr研究了十四烷基三甲基水杨酸铵溶液的行为,他们观察到表面活性剂溶液中蠕虫状胶束的流变行为类似于易弯曲聚合物。然而,在临界浓度(c *)以上,几乎没有重量百分比的蠕虫状胶束缠绕成类似于柔性聚合物溶液的瞬时网络; 它们的行为方式与等效大分子完全相同,并相互缠结形成瞬态网络,以类似于半稀聚合物溶液的方式显示出显著的粘弹性。蠕虫状胶束是动态系统,聚集体不断断裂和重新组合,使它们成为“活性聚合物”,并通过剪切速率提高粘度。聚合物类比已成为理解不等轴胶束溶液性质的最新理论进展的催化剂。 通过将胶束的动态性质纳入聚合物溶液理论中,Cates11已经能够预测这些系统的平衡和动态特性的比例定律。 由于胶束与周围溶剂处于热力学平衡状态,因此它们几乎不像聚合物分子那样呈几何形状。 因此,胶束的连接点或分支点能够沿着胶束的主轴线移动。这些活性聚合物具有普通聚合物体系所缺乏的一个额外特性(因此也称为它们的名称):如果聚合物链或表面活性剂蠕虫状胶束受到高拉伸力,则它们可以折成一半尽管聚合物碎片总是以这种较低(减半)的分子量留在那里,但破碎的表面活性剂胶束可以在更静止的条件下重新形成,因为它们是通过可逆键结合在一起的热力学对象。如果需要弹性液体来承受持续的损伤,但仍然存在,那么这些胶束系统在机械上就更加稳健。胶束微观结构对水性表面活性剂溶液的流变性能有很大影响。向剪切增稠流体的转变通常归因于剪切诱导结构的形成,其中相分离发生在富含表面活性剂表面和表面活性剂相之间。他们独特的粘弹性行为被用来调整流变学在许多应用中使用或不使用聚合物或添加剂。出于这个原因,他们已被建议用于中央供暖系统中的减阻剂。像所有的微观结构一样,当系统随机分散在空间中并且高度缠结时粘度很高,但是一旦微结构对准微结构,粘度就很低。粘度从非常高到非常低的变化发生在狭窄的应力或温度范围内。 这些自组装结构可以在适当的流动和温度条件下,在相对较低的表面活性剂浓度下将湍流中的摩擦能量损失降低高达90。 这种现象称为减阻(DR),它对流体输送和环境具有显着的潜在影响。表面活性剂DR添加剂(DRAs)的自组装允许它们用于再循环应用,例如区域加热/冷却systems。阳离子表面活性剂已被广泛研究,当提供适当条件时(如表面活性剂和抗衡离子的化学结构和浓度),它似乎的最有效的表面活性剂减阻剂。一些阳离子表面活性剂在室温下可以自发地包装成圆柱形结构而不用任何添加剂。大多数情况下,需要在离子表面活性剂中添加无机盐,以促进胶束生长和粘弹性特性。所涉及的机制主要是筛选带电头部基团之间的静电斥力,导致最佳分子的减少因此导致端帽能量增加。相反,对于非表面活性剂,特别是阳离子型非表面活性剂知之甚少,尽管由于其强疏水性和有效的表面活性而具有潜在用途的技术意义。这些表面活性剂的溶液具有许多独特的性质,因为它们的胶束结构是由于非共价相互作用较弱而形成的,并且容易随外部作用而改变。由于具有较高的疏水性和刚性,在表面活性剂中引入氟化的链非常有希望用于形成曲率相对较小的结构,如柱状胶束。合成含氟表面活性剂的示意图在方案1中给出。我们报道了这些表面活性剂的合成,zeta电位和流变学测量。 此外,还研究了这些杂化表面活性剂的浓溶液的粘弹性性质与温度,应力和应变的函数以及Cryo-SEM观察结果。2.材料和方法按照前述步骤合成3-全氟丁基-1,2-环氧丙烷,3-全氟己基-1,2-环氧丙烷和3-全氟辛基-1,2-环氧丙烷。对于杂化表面活性剂的合成,碘甲烷和所有化学品购自Aldrich,并且未经进一步纯化即使用。除非指定,否则溶剂按原样使用。通过用Bruker W-200MHz仪器和质谱(MS)80实现的核磁共振(NMR),使用来自Thermoflscher 81Corp的Thermo TRACEGC仪器,用Automass III多光谱仪( 在70eV电子电离)。半氟化叔胺(Anm)的制备在搅拌下将3-环烷基-1,2-环氧丙烷(0.02mol)烷基丁基(n = 4),己基(n = 6)和辛基(n = 8)加入到二烷基胺(0.022mol) 烷基=甲基或乙基的甲醇溶液。将混合物在60加热6至15小时。 红色液体通过硅胶柱层析(二氯甲烷:甲醇= 99:1)纯化得到黄色液体的胺Anm。 实验被重复几次。 在所有情况下,产率(详见ESI)都是可重现的(3)。用于合成杂化表面活性剂(FnHm)的一般步骤将叔胺(Anm)和过量碘代甲烷的混合物在乙腈中于60回流超过24小时。通过蒸发除去碘代甲烷和乙腈,将残余物用无水乙醚洗涤数次,并从甲醇和乙醚的混合物中重结晶数次,然后将残余物用石油醚洗涤几次,得到白色的FnHm 固体(见ESI中的产量,化学特性,临界胶束浓度(cmc)和表面张力(gS)。方案1 向研究的表面活性剂FnHm的合成途径动态光散射实验Z-平均直径是平均流体动力学直径,多分散指数是分布宽度的估计。 这两个参数均根据国际动态光散射标准(ISO13321)进行计算。 所有的测量均在25的温度下进行,该温度通过使用配有He-Ne激光器(=633nm,4.0mW)的Zetasizer Nano-ZS 3600型(Malvern Instruments Ltd)的恒温器进行控制。 通过DLS测量表面活性剂聚集体的尺寸以检查水溶液中的聚集状态。 水溶液使用去离子水制备并过滤通过0.45mm过滤器。 散射光强度的时间依赖性相关函数在相对于激光源的散射角为90时进行测量(红色散射检测)。制备后几周重复测量,并且没有观察到尺寸的改变。 通过拟合斯托克斯 - 爱因斯坦方程来评估DLS扩散系数(D):其中:kB是玻尔兹曼常数,T是绝对温度, h是溶剂的粘度。颗粒的半径(r)由其扩散系数(D)估算。Zeta电位测量表面活性剂复合物的Zeta电位测量使用Malvern Instruments Ltd NanoZs通过在静止水平取三次测量的平均值来进行。 使用的电池是5mm2mm的矩形石英毛细管。 实验的温度为298.150.01K,由比例温度控制器HETO控制。 使用亨利方程从电泳迁移率(E)计算电势z:其中是真空的介电常数,和h分别是介质的相对介电常数和粘度,a是粒子半径,k是德拜长度。 函数f(ka)取决于颗粒的形状,对我们的系统来说,它是由下面公式决定的:亨利函数被评价较小的kr乘积的一倍或者较大的,方程(2)可以用来确定粒子的电位。那么,k与电解质溶液的离子强度有关其中:F是法拉第常数,是真空的介电常数,是相对介电常数,R是气体常数,T是温度,I是电解质溶液的离子强度。流变测量使用Anton Parr Physica MCR-301流变仪测量样品的流变性质。在每种情况下都使用锥形几何形状(50mm直径,1度,间隙为0.05毫米。使用溶剂捕集器来使水分蒸发最小化。实验在20,30,40和50下进行。样品的粘度由稳定剪切测量获得,剪切范围为0.3-500s -1。频率扫描测量是在0.01至100 rad /s的频率范围内的给定应力下进行的。本文给出的所有流变学/粘度数据均为两次测量的平均值,偏差在0.01Pa s的范围内。显微观察用FESEM6700F JEOL显微镜(日本)获得低温扫描电子显微镜(Cryo-SEM)图像。 将一滴样品在220的氮气冷冻中快速冷冻,并在真空下转移到冷冻破碎设备(Alto 2500 GATAN UK)中,在该设备中在约100下破碎并在该温度下保持7分钟以升华。 然后用AuPd将其金属化并引入显微镜室中,在观察期间将其维持在约100。 为了确保可重复性,本文中的显微照片选自大量的底片。3.结果与讨论动态光散射讨论图1显示了作为F4H1和F4H2的溶液浓度的函数的聚集体群的直径(D)。 D随着浓度和D值的增加而增加,表明F4H2对较大的聚集体具有头部尺寸(F4H1对N + MeEt2对F4H2的N + Me3)的影响。图2显示了溶液中聚集体的直径D(五倍于cmc)与氟化链长度的函数关系:可以观察到较长的氟化链达到较高的D值。 它反映了氟化表面活性剂形成长度达几个微米的聚集体的能力。 这些发现与Zana及其同事早先对混合表面活性剂的观察结果是一致的,该混合表面活性剂具有非常强的胶束生长倾向和极低曲率的胶束形成。而且,在我们的情况下,是否存在大的反离子I- 靠近表面活性剂分子的极性头部基团减少了头部组之间的排斥力。这种斥力的减少使得表面活性剂分子更接近彼此并形成更大的聚集体。但是,静电效应的反离子I-与离子胶束的结合以及水的碳氢化合物结构的变化引起表面活性剂分子之间的疏水相互作用。另外,由于奥斯特瓦尔德熟化,由于较高的化学势和释放 单个物种吸附到较小曲率的聚集体上以使它们的尺寸进一步变大。 DLS分析清楚地显示了溶液中存在不同大小的聚集体,并且随着氟化链长度的增加从单峰型结构向双峰型结构的转变(参见ESI中的DLS曲线)。长氟化链对填料的影响 期望的表面活性剂强烈影响表面活性剂层的曲率,并且将氟化链引入核心为长氟化链(F8Hm和F6Hm)提供双峰分布。图1 聚集直径与F4H1和F4H2浓度的函数关系图2作为氟化链长度的函数的聚集直径(FnH1的红色左侧比例和FnH2表面活性剂的蓝色右侧比例)事实上,可以假设,随着氟化链中碳原子数量的增加,疏水相互作用变得更加强烈,并且可以观察到更大的聚集体。这些测量表明在所有合成的表面活性剂的大聚集体(囊泡或圆柱体)中自发组织。Zeta潜在的讨论进行F8H1和F8H2的Zeta电位(z)测量作为20(C1),30(C2)和40(C3)倍cmc浓度的函数; 选择这些浓度以观察行为,直到达到合成表面活性剂的最大溶解度。 由于在该浓度下表面活性剂不可溶,浓度超过F8H1的cmc的40倍。 主峰发现为阳性,这与这些季铵盐表面活性剂中头部基团的积极变化相对应。主要的正峰值可能是由于大团聚体具有低曲率和弱吸附I-抗衡离子在胶束表面。在这里,F8H1和F8H2的正zeta电位随着表面活性剂浓度的增加而降低,这是由于由较高疏水性相互作用引起的蠕虫状胶束的缠结网络的形成。此外,为了研究氟化链的影响,在n = 4,6,8和m = 1,2的FnHm的两倍的浓度下进行电位测量。 合成表面活性剂的测量值总结在表1中。由于头部基团,所有值都是正值,并且随着氟化链长度的增加,值增加。 氟化链增强疏水相互作用,导致电位值的增加。流变论述氟碳链的硬度有时会影响填充物在水溶液中导致氟化表面活性剂形成长度长达几个微米的圆柱形胶束,其中类似的烃会形成球形聚集体。 全氟烷基链的包装约束是在低浓度和低温下在水中形成柔性聚集体的原因。 表面活性剂溶液通常仅在低温下才表现出粘弹性,因为加热增强了胶束中的热振动并且链更频繁地断裂并且它们的平均长度通常减小。 一些表面活性剂在特定温度下达到最大粘度,然后随温度升高而降低。这些表面活性剂被称为热响应型粘弹性表面活性剂。合成的表面活性剂F8H1,F8H2和F6H2在纯水中形成水凝胶。 然后,为了研究氟碳和烃链赋予粘弹性的重要性,进行了流变测量。表1表面活性剂FnHm的电位的值 对于n = 4,6和m = 1,2的FnHm溶液,没有观察到特殊的水凝胶行为。只有F8H1,F8H2和F6H2表现出在纯水中在其cmc以上形成水凝胶的倾向,并且只有F8H1和F8H2表现出高粘度。 但是,为了研究F8H1和F8H2的浓缩溶液,进行了不同条件下的流变测量。F8Hm的粘度与温度的函数关系。 图3和4显示浓度为20(C1),30(C2)和40(C3)倍cmc时F8H1和F8H2的粘度与温度的函数关系。 我们可以观察所有浓度下的热响应粘弹性。 此外,最大粘度值和最大粘度出现的温度似乎取决于表面活性剂浓度和烃链长度。特别是,最大值为C = 20倍cmc时T = 19,F8H1在C2 = 30倍cmc时T = 26,C1 = 20倍cmc时T = 32,40倍时T = 42 cmc,对于F8H2,在40倍cmc下T = 37次cmc。如图5所示,对于这种增加 - 减小粘度通常提出热力学解释。图3 F8H2在C1,C2和C3浓度下的粘度与温度的函数关系图4 F8H1在C1和C2浓度下的粘度与温度的函数关系图5 作为温度函数的胶束和粘度的变化粘度随温度的升高可以通过胶束平均尺寸的减小或交联胶束网络的形成来理解。考虑到Cates的动力模型,链状构象的松弛通过任何给定链的逐渐脱离而发生,即通过沿管状环境的自身轮廓曲线扩散。 Cates还推断了柔性表面活性剂胶束的流变性能。 特别地,长度为L的胶束的归一化数密度C(L)由等式(5)给出:其中:C(L)是长度L的胶束的归一化数密度,平均长度L 通过方程(6)与体积分数4和温度T有关:其中:Ebreak是将胶束分成两部分所需的分裂能。胶束长度的这种温度依赖性导致胶束尺寸的减小并因此对流动具有更大的阻力。 然而,网络必须以某种方式类似于柔性聚合物,其应力松弛部分受胶束沿其自身轮廓的运动以及胶束的可逆切断控制。 胶束间连接的形成可以被看作是一个圆柱形胶束的端盖与另一个圆柱形胶束的主体之间的聚变反应,形成Y形接头。另外,图3和图4表明,粘度 - 温度曲线的趋势与增加的表面活性剂浓度相似,但达到最大粘度的温度逐渐转变为更低的值。然后,他们表明高粘弹性溶液在低温和高表面活性剂浓度下形成。实际上,图4显示C3处F8H2的最大粘度值高于C1和C2值,因为由于平均胶束长度的增加,粘度随表面活性剂浓度增加而增加。随着轮廓长度减小,由于胶束缠结程度的降低,预测粘度降低。因此,溶液浓度的变化可以导致其他自组装结构的形成,并且在较低的温度下形成胶束网络。另外,如图4所示,对于所有浓度的F8H2,最大粘度都较高,表明疏水性的增加导致在溶液中形成较大的分子组装体; 事实上,如果聚集体位于胶束表面附近,它们可能积极参与疏水性胶束间相互作用,从而通过聚集小分子组合物形成大分子组装体。 对于饱和网络而言,折叠模型发生故障,这表明系统变得非常流动,因此C3处的F8H1表现出低粘度并且没有水凝胶行为。粘弹性测量温度扫描。 还分析了在1Hz固定频率和浓度C1,C2和C3的20应变下作为温度函数的储能模量(G)和损耗模量(G)。 由于流变仪不在其测量范围内,所以低频结果有些散乱。 在所使用的温度范围内(T = 10-70)曲线是线性的,并且G是大于G,则储能模量在10-70的范围内不显示频率依赖性。在该范围内, 分析表面活性剂F8H1和F8H2呈现粘弹性行为。 在ESI中,给出了测量的例子。频率扫描。 分析在20,30,40和50和20固定应变下作为频率函数的储能模量(G)和损耗模量(G),以计算作为温度的函数的弛豫时间的演变。 图6显示了C1处F8H1的测量示例。 所有的值都收集在图7和8中。图6 G和G与C1的F8H1频率的函数关系。图7 F8H2在C时的粘度和弛豫时间之间的关系图8 F8H2在C1时的粘度与弛豫时间的关系弛豫时间松弛时间可以与Cates模型的时间srep和时间sb相关联。 事实上,弛豫时间是两个特征时间的几何平均值,如胶束断裂重组和胶束的断裂,正如Reptation-Reaction模型所提出的那样。 然而,在等式(7)中定义了reptation时间(srep):正是形成轮廓长度L的蠕虫 - 胶束通过一个假设的管且体积分数为43/2所需的时间。 在srep中,聚集体的形成与其疏水性结构域和水之间的界面的形成相关联。 表面活性剂头基被带到聚集体表面,引起它们之间的空间排斥。然后,公式(8)中定义了中断时间平均长度链需要的平均时间通过以单位时间和单位弧长的温度相关速率常数kr为特征的可逆断裂而分裂成两部分,这对于所有细长胶束都是相同的并且是独立的时间和体积分数。图7和图8显示了弛豫时间与粘度随温度变化的关系。在低温下,溶液中不是所有的表面活性剂都形成蠕虫状胶束,或者不是所有的蠕虫状胶束都足够大以致于缠结。因此,在低温下弛豫时间非常低,因为表面活性剂胶束在较低温度下缓慢交换,并且它们与单一胶束具有强烈的疏水相互作用。然后,随着温度的升高,头部基团和疏水性胶束聚集体之间的斥力减小非常小。G和G为C1的F8H1频率的函数。位于靠近胶束表面的疏水链之间的相互作用决定了分子聚集体的增加。然后,聚集体将圆柱体制成蠕虫状胶束,增加粘度并使系统快速释放应力.类似地,由于更快的松弛,胶束长度的增加常常导致更低的粘度,因为触发技巧基本上由减少了胶束的优选曲率。图9 F8H1的代表性Cryo-SEM显微照片(20倍cmc); (a和b)比例尺100纳米; (c)比例尺1微米此外,对于蠕虫状胶束的缠结网络,连接处提供平均松弛应力以增加粘度。 因此,在最大粘度下,氟碳链从与水的接触中被去除并受到包装限制,因为极性头部组要求应该保持在聚集体 - 水界面处,并且胶束核心应该在液体中具有烃链。因此,它们被结合到胶束核中,表面活性剂形成紧密胶束,弛豫时间增加。 然后,温度的升高决定了胶束的降解过程,导致粘度和弛豫时间的降低。低温SEM讨论提供Cryo-SEM选择的图像以建立与表面活性剂溶液相关的形态。 图9a显示20倍于cmc的F8H1水溶液在水中的Cryo-SEM图像(比例尺100nm)。 这个图像中的主要结构特征是球形结节,有少量分支或圆柱形聚集体的证据。 图9b显示了在小球形结节的介质中的巨大圆柱形胶束。 图9c(比例尺1 微米)显示了在连接处连接在一起的小圆柱形聚集体。图10(比例尺1微米)显示了在约5倍的cmc浓度下观察到的F8H2的小分支圆柱形聚集体。 随机网络的基本结构元件似乎是近似圆柱形的,直径为50-100nm,与从形状因子散射中提取的尺寸一致。 虽然无法确定纵横比,但这些圆柱体看起来相当长,其半径至少超过30-40纳米。图10 F8H2的代表性Cryo-SEM显微照片(5倍cmc); 比例尺1微米该图像揭示了密集连接的随机网络形态。 大约40-50 nm长的表面活性剂链在连接处连接在一起,这些连接点从简单的3联结到较大的扁平多功能连接。 F8H1的结果相同,如图11所示(比例尺10微米)。 与球体,圆柱体和囊泡相反,没有办法连续膨胀(膨胀)由大(疏水)圆柱形支柱和多功能分支形成的三维网络。 优选的局部结构以Y型结为主,从而导致在平衡条件下形成致密网络。图11 F8H1的代表性Cryo-SEM显微照片(7倍cmc)由于与Y形接头形成有关的链条堆积限制,因此在较短的烃链中分支在圆柱形胶束中不太明显。4.结论与现有体系相比,合成的氟化季铵盐具有热响应性粘弹性行为,而不添加无机或强结合有机盐。 它们形成大而高度灵活的聚集体,导致高粘性溶液和形成由柔性蠕虫状胶束制成的缠结网络。由于缠结胶束的形成和破坏,它们呈现出能够增加作为温度函数的粘度的热响应行为。它们也呈现出与蠕虫状胶束形成相关的最大粘度。氟化和碳氢链长度的增加有助于增强这种粘弹性行为并因此增加胶束聚集体的尺寸。优选的局部结构以Y型结为主,从而导致在平衡条件下形成致密网络。然而,作为温度,应变或频率的函数的热响应粘弹性流体可以通过简单地通过加热或冷却而可逆地重复,从而得到相同的结果。这是非常重要的,因为通常聚合物溶液的结构可以在相当大的温度变化或强烈的应力下被不可逆地破坏。这是确认这些表面活性剂是用于减阻流体中的“活性聚合物体系”。此外,尽管氟化表面活性剂具有很高的生产成本,但其在非常低的浓度下的效率从科学和工业角度证明了其有价值的兴趣。5.致谢作者感谢Cryo-SEM图像中心Communic de Microscopie Appliquee(CCMA,尼斯大学 - Sophia Antipolis)的Jean-Pierre Laugier以及Fluides et Materiaux Complexes(LPMC)团队的粘度,zeta电位和动态光散射分析。6.参考文献(略)第12页 共12页常州大学毕业设计(论文)中期报告题 目:表面活性剂和聚合物减阻溶液流变特性的实验研究 学 院: 机械工程学院 专 业: 过程装备与控制工程 学 号: 14403118 姓 名: 卢文斌 手 机: 15261179537 指导教师: 庞明军 教师职称: 副教授 填表日期: 2018.4.26 教务处制题目名称表面活性剂和聚合物减阻溶液流变特性的实验研究题目来源 国家、省(部)级 市、校级 企业(公司 ) 其他题目类型 工程设计 应用研究 基础研究 其他一、毕业设计(论文)概述添加剂湍流减阻技术可有效减少流体输送过程中的摩擦阻力,是目前减阻的重要方式之一。添加剂湍流减阻技术可有效减少流体输送过程中的摩擦阻力,是目前减阻的重要方式之一,但是其减阻机理目前还未完全理解,两者的联合研究更少。然而,采用流变试验的手段可以表征CTAC和PEO的微观结构的变化,因此本文将对常用的减阻添加剂(表面活性剂CTAC和高聚物PEO)进行流变测量,通过溶液的流变特性来预测剪切率和浓度(CTAC浓度:30-1000ppm、PEO浓度:15-1000ppm)对减阻添加剂微观结构的影响,找出流变规律,进而总结出一些有价值的减阻机理。从目前的实验结果来看,可以发现,表面活性剂稀溶液在剪切作用下会出现剪切增稠转变,即随着剪切率的增加,溶液的粘度会产生稀化、稠化再稀化的过程。当溶液浓度的增加,CTAC剪切增稠转变越来越弱。当浓度达到1000ppm时,不再有剪切增稠转变发生。与之相似,PEO高分子聚合物的水溶液在剪切作用下,同样产生剪切稀化、稠化以及破坏这三个明显现象,但是其粘度曲线产生最大粘度时的剪切率相比CTAC而言要更高,这意味着PEO抵抗剪切的能力较表面活性剂来说更好。当将这二者相联合,对其水溶液进行相关流变测量,又会产生不一样的现象和规律。分析其规律产生的原因。对得到的规律和形成原因进行推导总结,就是本篇论文的重点,也是主要的内容。二、毕业设计(论文)整体安排及进度 周 次工 作 内 容检 查 方 式第七学期17课题内容理解,查阅文献、完成开题报告随时沟通,遇问题及时解决18翻译外文文献,学习和总结文献资料译文准确、通畅19修改外文文献和翻译译文上传至系统第八学期1理解流变仪的工作原理和熟悉操作过程及时交流2购置所需表面活性剂、高分子聚合物和实验器材定性分析计算结果,及时检查3-5测量不同浓度CTAC表面活性剂溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查6-8测量不同浓度PEO高分子聚合物溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查9-11测量不同混合比例高聚物PEO和表面活性剂CTAC溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查12-13整理实验数据,归纳流变规律,总结相关的流变机理,并撰写毕业论文需经严格审核14论文查重15答辩准备,答辩必须经指导教师审核通过 (3 10周中安排实习)三、毕业设计(论文)已完成的研究部分针对本次毕业设计,根据任务书要求,目前已经完成开题报告和外文翻译的相关内容,并掌握MCR302流变仪测量表面活性剂溶液和高聚物水溶液测量的相关操作,同时掌握对溶液的配制、OriginPro绘图软件绘图以及对图中出现的规律得出总结和定性分析的能力,完成了一部分的结果分析处理。在论文撰写方面,前言中表面活性剂部分已大致完成,主要内容上已完成对表面活性剂和高分子聚合物PEO流动曲线的绘制,并找出相关规律,结合所阅读文献,完成对发现的不同现象的定性分析。截至目前,已经完成对表面活性剂溶液、PEO溶液以及部分表面活性剂和PEO相联合溶液的剪切测量,也基本完成对PEO的温度变化实验测量,得出相关数据,绘制相应曲线图,总结出相关规律。四、下一部分的工作安排在四月末,完成PEO在40下的剪切实验,得出相关数据,并与10、20、30进行比较,找出变化规律。五月初,完成对CTAC/NaSal+PEO联合溶液的测量,并比较相同浓度下的CTAC、PEO以及联合试剂间的相同剪切率下粘度的变化情况,找出规律得出结论,并完成结果分析。实验结束后,进行高聚物的前言书写,完成前言。完成主要内容,初步完成毕业论文。初步完成后进行,交流讨论查重修改,完成毕业论文,进行答辩。五、毕业设计(论文)工作中存在的问题实验中对实验过程和得出的结果反思考虑不充分,对某些较细节的曲线分析处理不太到位,应当及时改正;测量所得的曲线有出现突然突出的部分,未发现其原因,应当加以重视;曲线绘制时,同种粘度的应力-剪切率曲线同粘度-剪切率曲线中图标不一致,以及表面活性剂的重复性较差,通过多次测量和仪器校准,现已改正。学生(签字) 年 月 日 指导教师(签字) 年 月 日题目名称表面活性剂和聚合物减阻溶液流变特性的实验研究题目来源 国家、省(部)级 市、校级 企业(公司 ) 其他题目类型 工程设计 应用研究 基础研究 其他一、毕业设计(论文)概述添加剂湍流减阻技术可有效减少流体输送过程中的摩擦阻力,是目前减阻的重要方式之一。添加剂湍流减阻技术可有效减少流体输送过程中的摩擦阻力,是目前减阻的重要方式之一,但是其减阻机理目前还未完全理解,两者的联合研究更少。然而,采用流变试验的手段可以表征CTAC和PEO的微观结构的变化,因此本文将对常用的减阻添加剂(表面活性剂CTAC和高聚物PEO)进行流变测量,通过溶液的流变特性来预测剪切率和浓度(CTAC浓度:30-1000ppm、PEO浓度:15-1000ppm)对减阻添加剂微观结构的影响,找出流变规律,进而总结出一些有价值的减阻机理。从目前的实验结果来看,可以发现,表面活性剂稀溶液在剪切作用下会出现剪切增稠转变,即随着剪切率的增加,溶液的粘度会产生稀化、稠化再稀化的过程。当溶液浓度的增加,CTAC剪切增稠转变越来越弱。当浓度达到1000ppm时,不再有剪切增稠转变发生。与之相似,PEO高分子聚合物的水溶液在剪切作用下,同样产生剪切稀化、稠化以及破坏这三个明显现象,但是其粘度曲线产生最大粘度时的剪切率相比CTAC而言要更高,这意味着PEO抵抗剪切的能力较表面活性剂来说更好。当将这二者相联合,对其水溶液进行相关流变测量,又会产生不一样的现象和规律。分析其规律产生的原因。对得到的规律和形成原因进行推导总结,就是本篇论文的重点,也是主要的内容。二、毕业设计(论文)整体安排及进度 周 次工 作 内 容检 查 方 式第七学期17课题内容理解,查阅文献、完成开题报告随时沟通,遇问题及时解决18翻译外文文献,学习和总结文献资料译文准确、通畅19修改外文文献和翻译译文上传至系统第八学期1理解流变仪的工作原理和熟悉操作过程及时交流2购置所需表面活性剂、高分子聚合物和实验器材定性分析计算结果,及时检查3-5测量不同浓度CTAC表面活性剂溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查6-8测量不同浓度PEO高分子聚合物溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查9-11测量不同混合比例高聚物PEO和表面活性剂CTAC溶液表观黏度随剪切率的变化情况定性分析计算结果,及时检查12-13整理实验数据,归纳流变规律,总结相关的流变机理,并撰写毕业论文需经严格审核14论文查重15答辩准备,答辩必须经指导教师审核通过 (3 10周中安排实习)三、毕业设计(论文)已完成的研究部分针对本次毕业设计,根据任务书要求,目前已经完成开题报告和外文翻译的相关内容,并掌握MCR302流变仪测量表面活性剂溶液和高聚物水溶液测量的相关操作,同时掌握对溶液的配制、OriginPro绘图软件绘图以及对图中出现的规律得出总结和定性分析的能力,完成了一部分的结果分析处理。在论文撰写方面,前言中表面活性剂部分已大致完成,主要内容上已完成对表面活性剂和高分子聚合物PEO流动曲线的绘制,并找出相关规律,结合所阅读文献,完成对发现的不同现象的定性分析。截至目前,已经完成对表面活性剂溶液、PEO溶液以及部分表面活性剂和PEO相联合溶液的剪切测量,也基本完成对PEO的温度变化实验测量,得出相关数据,绘制相应曲线图,总结出相关规律。四、下一部分的工作安排在四月末,完成PEO在40下的剪切实验,得出相关数据,并与10、20、30进行比较,找出变化规律。五月初,完成对CTAC/NaSal+PEO联合溶液的测量,并比较相同浓度下的CTAC、PEO以及联合试剂间的相同剪切率下粘度的变化情况,找出规律得出结论,并完成结果分析。实验结束后,进行高聚物的前言书写,完成前言。完成主要内容,初步完成毕业论文。初步完成后进行,交流讨论查重修改,完成毕业论文,进行答辩。五、毕业设计(论文)工作中存在的问题实验中对实验过程和得出的结果反思考虑不充分,对某些较细节的曲线分析处理不太到位,应当及时改正;测量所得的曲线有出现突然突出的部分,未发现其原因,应当加以重视;曲线绘制时,同种粘度的应力-剪切率曲线同粘度-剪切率曲线中图标不一致,以及表面活性剂的重复性较差,通过多次测量和仪器校准,现已改正。学生(签字) 年 月 日 指导教师(签字) 年 月 日
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