ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
1.1 ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ИХ СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 4
1.2 ЭМУЛЬСИИ И МИКРОЭМУЛЬСИИ 6
1.3 ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОЭМУЛЬСИЙ 10
1.4. ОСНОВЫ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 11
1.4.1 ИМПУЛЬСНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ЗАТУХАНИЙ 12
1.4.2 ЯМР С ИМПУЛЬСНЫМ ГРАДИЕНТОМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 16
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ 23
2.1 ОБЪЕКТЫ 23
2.2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ МИЛС-11 В СМЕСЯХ С ВОДОЙ 28
3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ САМОДИФФУЗИИ В ОБРАЗЦАХ МИЛС-11 28
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ КОНЦЕНТРАТОВ СОЖ МИЛС-11 И H-RT11 35
4.1 ИССЛЕДОВАНИЕ САМОДИФФУЗИИ В H-RT11 И МИЛС-11 35
4.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В H-RT11..44
4.3 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТА H-RT11 МЕТОДОМ ЯМР САМОДИФФУЗИИ ПРИ РАСШИРЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ
И МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО СВЕТОРАССЕЯНИЯ 46
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ САМОДИФФУЗИИ В МОДЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ 50
5.1 ГИПОТЕЗЫ О ФАЗОВОМ СОСТОЯНИИ КОНЦЕНТРАТА H-RT11 И СПОСОБЫ ИХ ПРОВЕРКИ 50
5.2 ПРОВЕРКА МОДЕЛИ ОБМЕНИВАЮЩИХСЯ КАПЕЛЬ 53
ВЫВОДЫ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В последние годы идет интенсивное развитие материальной базы для изготовления и расширения спектра применения микроэмульсий. В связи с этим микроэмульсии становятся более разнообразными и универсальными [1]. По этой причине микроэмульсии привлекают все большее внимание промышленности и науки благодаря своим свойствам. Важнейшим свойством является тот факт, что микроэмульсии удачно совмещают в себе свойства исходных веществ. Еще одно из ключевых свойств - солюбилизация [2]. Это свойство микроэмульсий применяется в фармакологии (солюбилизация лекарственных веществ), пищевой промышленности (солюбилизация красителей, ароматизаторов и т.п.), в химической и агрохимической промышленности [3]. Еще одно из важнейших направлений применения микроэмульсий, давшее толчок к изучению их свойств - нефтедобыча. В этой отрасли образование микроэмульсий используется с целью интенсификации добычи нефти [4].
В данной работе исследовались обратные микроэмульсии, которые являются концентратами смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) - Милс-11 и H-RT11, и прямые микроэмульсии полученные путем смешения Милс-11 с водой в различных концентрациях которые и используются в качестве СОЖ. Изучение подобных систем методами ЯМР является перспективным направлением в связи с большой информативностью этого метода в изучении процессов самодиффузии молекулярной подвижности. Микроэмульсии и им подобные системы успешно исследовались методом ЯМР в целом ряде работ [5-11]. На основании вышеизложенного, целью нашей работы стало исследование образцов прямой и обратной микроэмульсии методами ЯМР.
1. Показаны возможности метода ядерного магнитного резонанса в режиме спектрально-разрешенной самодиффузии в применении к исследованию сложносоставных многофазных систем на примере СОЖ H- RT11 и Милс-11, содержащих не менее 14 различных молекулярных компонент, главными из которых являются масла, вода и композиции ПАВ.
2. На примере СОЖ Милс-11 показано, что в разбавленных (5-15 процентов по объему) водных растворах концентрата СОЖ молекулы масла и ПАВ характеризуются единым коэффициентом самодиффузии, что является доказательством образования молекулами масла и ПАВ единых кинетических единиц. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что система представляет собой прямую микроэмульсию - молекулы масла распределены в воде в состоянии капель, стабилизированных ПАВ. Результаты анализа формы диффузионных затуханий позволяет сделать вывод о достаточно узком распределении образовавшихся капель по размеру, среднее значение которого при увеличении концентрации Милс-11 в воде от 5 до 15% изменяется в диапазоне от 11 до 15 нм соответственно.
3. Главная особенность полученных результатов для концентратов СОЖ состоит в том, что измеренные значения коэффициентов самодиффузии молекул воды не совпадают с таковыми для ПАВ. При этом, коэффициент самодиффузии воды на порядок превышает соответствующее значение для ПАВ, в то время как вращательная подвижность молекул воды характеризуются относительно малыми временами ядерной магнитной релаксации, что свидетельствует об их ограниченной вращательной подвижности.
4. Вторая особенность заключается в обнаружении в концентрате СОЖ H-RT11 очень малой (порядка 10-4) доли сигнала ПАВ, а возможно и молекул воды, характеризующейся коэффициентом самодиффузии на уровне
~3*10-14м2/с, которую можно связать с существованием в образце надмолекулярных структур с расчетным значением размера ~100 нм.
5. Результаты дополнительных исследований методом динамического светорассеяния, подтверждают наличие надмолекулярных образований в концентрате H-RT11 с размерами ~100нм. Однако, в отличие от ЯМР, метод динамического светорассеяния, успешно регистрирующий функцию распределения размеров надмолекулярных структур, не дает количественной информации об их объемной или массовой доле в образце.
6. Таким образом, на примере исследованных СОЖ, и прежде всего, концентрата H-RT11, показано, что экспериментальные данные о трансляционной подвижности молекулярных компонент, не согласуются в полной мере с предположением о том, что концентраты СОЖ представляют собой обратную эмульсию - капли воды, стабилизированные оболочкой ПАВ в дисперсионной среде масла.
7. На основе анализа литературных данных и результатов дополнительных исследований ряда модельных образцов, содержащих, в том числе, ограниченное количество молекулярных компонент, проанализированы возможные причины аномального поведения воды и ПАВ и высказано предположение о том, что в концентратах СОЖ молекулы воды и ПАВ взаимодействуя друг с другом находятся в состоянии быстрого молекулярного обмена. При этом только малая их часть образует устойчивые надмолекулярные структуры, регистрируемые как методом ЯМР, так и методом динамического светорассеяния.
