Порошки

Порошки можна розглядати як аерозолі з твердою дисперсною фазою, які піддали коагуляції і утворили з них осад. Залежно від розмірів часточок для порошків прийняті такі назви: пудра (а < 2 мкм), пил (а = 2,0...20 мкм), пісок (а>20 мкм). Порошки звичайно одержують подрібненням твердих тіл за допомогою млинів.

Більшість порошків неоднорідні за розміром часточок. Сукупність часточок певного розміру складають фракцію. Для визначення фракційного складу пудри або пилу в лабораторіях застосовують мікроскопічний та седиментаційний методи. Для визначення складу порошків з розмірами часточок більше 50 мкм широко застосовують ситовий аналіз. Ситовий аналіз здійснюють шляхом просіювання порошків через набір стандартний сит з квадратними отворами, розміри яких послідовно зменшують зверху вниз. Зважуючи масу порошку, що залишився на кожному ситі, будують гістограму розподілу часточок порошку (рис. 23.2) і визначають його фракційний склад. Для цього на вісі абсцис відкладають розміри часточок, які відповідають розмірам отворів відповідних сит, а на вісі ординат масу порошків, що залишилася на цих ситах.

Часточки порошку завжди знаходяться в контакті між собою. Ця особливість визначає технологічні характеристики порошків, насамперед їх насипну густину і текучість. Для визначення насипної густини в попередньо зважений мірний циліндр маленькими порціями, легенько по ньому постукуючи, насипають порошок. Після чого циліндр знову зважують. Насипна густина визначається як маса одиниці об’єму порошку, вільно насипаного в мірну ємність.

Рисунок 23.2 – Гістограма розподілу часточок порошку за розмірами

 

Текучість порошків визначають за швидкістю його висипання через калібрований отвір діаметром 1,5...4,0 мм. Оцінку текучості порошку також роблять за допомогою кута природного відхилення – кута, утвореного порошком, насипаним у вигляді конусу, і горизонтальною площиною. Чим менший кут відхилення, тим більша текучість порошку. На текучість порошків впливає їх густина і вологість, розмір, форма і стан поверхні порошинок.

Під час пересипання деякі порошки розпилюються, що призводить до їх неминучих втрат і засміченню приміщень. Щоб запобігти цьому явищу порошки гранулюють. Гранулюванням називають процес переведення порошків у гранули – агрегати різноманітної (найчастіше сферичної) форми значно більші за розміром, ніж порошинки. Гранули менше розпилюються, більш стійкі під час зберігання, їх зручно фасувати і дозувати.

Лекція № 24.Будова і фізичний стан полімерів

План лекції

1. Класифікація ВМС.

2. Фізичний стан полімерів.

3. Фракціонування ВМС.

Рекомендована література: [1] С.115-117, [2] С.120, 125-126, [3] С.551-586, [4] С.149-153, [5] С.66.

24.1 Класифікація ВМС

Високомолекулярними сполуками (ВМС) називають речовини, молекули яких складаються з великої кількості атомів (десятки і сотні тисяч), а молярна маса сягає 10⁴...10⁶ г/моль і більше. Молекули ВМС називають макромолекулами, їх розміри знаходяться в інтервалі – 1...100 нм. Унаслідок значної молярної маси ВМС нелеткі і не здатні до перегонки. Під дією зовнішніх факторів (температури, кисню, вологості) макромолекули легко піддаються деструкції, тобто змінюють свою форму і розпадаються. Більшість ВМС під час нагрівання поступово розм’якшуються, тобто не мають чіткої температури плавлення. Температура розкладання цих речовин нижча за їх температуру кипіння. ВМС не можуть знаходитися в газоподібному стані.

ВМС, молекули яких побудовані шляхом багаторазового повторення тих чи інших структурних одиниць, називають полімерами.

За походженням ВМС поділяються на природні і синтетичні. Особливо велику роль у життєдіяльності людини займають природні ВМС, до яких належать білки і полісахариди – основні поживні речовини, а також нуклеїнові кислоти, натуральний каучук та інші біополімери.

Білки або протеїни – найскладніші за будовою сполуки в природі. Молярна маса деяких білків перевищує 1 млн. г/моль. Макромолекули білків побудовані з залишків α-амінокислот. Виняткова властивість протеїнів – самоорганізація будови, тобто вони здатні самочинно створювати певну властиву тільки даному типу білків просторову структуру. Білки є основою будь-якого живого організму, вони входять до складу м’язів, хрящів, сухожиль та шкіри, складають основу біомембран – найважливіших частин клітин. Білки відіграють ключову роль в метаболізмі клітин, складаючи матеріальну основу їх хімічної діяльності. Біологічні функції білків вкрай різноманітні. В організмі людини вони виконують різноманітніші функції: каталітичні (ферменти), регуляторні (гормони), структурні (колаген, фіброїн), рухові (міозин), транспортні (гемоглобін, міоглобін), захисні (імуноглобуліни, інтерферони), запасні (казеїн, альбумін) тощо. Уся діяльність організму тварин (розвиток, рух, функціональна діяльність) пов'язані з білками. Білки – найважливіша складова частина їжі людини: постачальник необхідних їм амінокислот.

Білки мають амфотерні властивості, вони розчиняються в розчинах лугів і кислот. З водних розчинів білки виділять за допомогою спиртів, сильних електролітів тощо. Білки нестійкі до дії температури. Під час нагрівання відбувається денатурація білків, і вони переходять в нерозчинну форму.

Найбільш поширеними в природі полісахаридамиє крохмаль і целюлоза. Макромолекули крохмалю складаються з ланок a-глюкози і мають різну довжину. Крохмаль – найважливіший харчовий продукт, він складає основну поживну частину хліба, картоплі, різноманітних круп. Фактично природний крохмаль є сумішшю полісахаридів, які відрізняються не тільки розміром макромолекул, але й будовою. У воді крохмаль набрякає, утворюючи однорідну густу рідину – клейстер. Піддаючи крохмаль гідролізу одержують декстрин, патоку і глюкозу.

Целюлоза або клітковина – основна частина рослин, яка надає їм міцності та еластичності. Макромолекули клітковини складаються з ланок b-глюкози і мають значно більшу довжину, ніж макромолекули крохмалю.

До переваг синтетичних ВМС відносять те, що їх можна одержати з заданими властивостями – міцністю, еластичністю, хімічною і термічною стійкістю. Синтетичні ВМС одержують двома методами: полімеризацією і поліконденсацією. Сучасна промисловість синтезує тисячі типів ВМС. Найбільш поширеними з них є поліетилени, полістироли, поліаміди тощо.

За будовою полімери поділяються на лінійні, розгалужені і просторові (рис. 24.1). Лінійні ВМС складаються з окремих ланцюгів, не зв’язаних між собою хімічними зв’язками. Довжина ланцюга при цьому перебільшує його поперечні розміри в тисячі разів. Висока гнучкість лінійних ланцюгів дозволяє макромолекулам скручуватися в клубки. Частина ланцюгу, в якій здійснюється його повний поворот, називається сегментом. У найбільш гнучких полімерах, таких як каучук, у сегментах міститься не більше 20 атомів Карбону.

В просторових полімерах наявність хімічних зв’язків між ланцюгами призводить до утворення сітчастого каркасу. Просторова структура може утворюватися безпосередньо під час одержання ВМС або внаслідок спеціальних реакцій. При цьому погіршується еластичність полімеру і збільшується його твердість. Розгалужені полімери за своїми властивостями займають проміжне положення між лінійними та сітчастими.