Изменение контактных углов смачивания при добавлении в моющие растворы поверхностно-активных веществ

Николай Владимирович Бышов; Иван Алексеевич Успенский; Виктор Васильевич Алексеев; Иван Васильевич Фадеев

Николай Владимирович Бышов ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» https://orcid.org/0000-0002-4619-6446
Иван Алексеевич Успенский ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» https://orcid.org/0000-0002-4343-0444
Виктор Васильевич Алексеев Чебоксарский кооперативный институт (филиал) АНОО ВО «Российский университет кооперации» https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
Иван Васильевич Фадеев ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева» https://orcid.org/0000-0002-5863-1812

Ключевые слова: контактный угол смачивания, поверхностно-активное вещество, математическая модель, мультипликативная степенная функция

Аннотация

Введение. Протекание технологических процессов отмывания загрязнений во многом определяется природой очищаемой поверхности, загрязнения и среды, в которой проводится очистка. Эффективность процесса зависит от контакта моющего средства с обмываемой поверхностью. Характеристикой смачивания служит контактный угол, являющийся мерой относительного притяжения жидкости к твердому телу и к самой себе. Физико-химическая активность моющей среды определяет затраты, а следовательно, и оптимальные параметры моечного процесса. Кроме того, она влияет на повышение коррозионной стойкости обмываемых деталей. Поэтому актуальным является определение функциональной зависимости контактного угла смачивания от концентраций различных комбинаций поверхностно-активных веществ.
Материалы и методы.Определение контактного угла смачивания основывается на статистической обработке фотографии капли раствора моющего средства на горизонтальной поверхности специально созданной программой, позволяющей получить массив данных для описания формы капли, по которой рассчитывается контактный угол смачивания. Проведены измерения значений контактного угла смачивания при изменении концентраций таких синтетических моющих средств, как Лабомид-203, МС-8, МЛ-51. Получены мультипликативные степенные функции, связывающие величину угла смачивания с концентрациями поверхностно-активных веществ.
Результаты исследования. Исследования показали, что увеличение средних значений концентраций монобората калия и Лабомида-203 в растворе на 1 % приводит к уменьшению среднего значения угла смачивания на 0,54 %; монобората калия и МС-8 – на 0,78 %; а монобората калия и МЛ-51 – на 0,48 %, т. е. функция показывает убывающую отдачу от увеличения средних значений концентраций монобората калия и синтетических моющих средств.
Обсуждение и заключение. Во всех рассмотренных случаях установлена убывающая отдача величины контактного угла смачивания от увеличения концентрации поверхностно-активных веществ независимо от комбинации компонентов моющего раствора, т. е. исследуемые концентрации поверхностно-активных веществ превысили то граничное значение, когда они давали возрастающую отдачу от увеличения их содержания в моющем растворе. Таким образом, можно сделать вывод, что для рассмотренных комбинаций процентное содержание поверхностно-активных веществ избыточно.

Биографии авторов

Николай Владимирович Бышов, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева»

ректор, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Россия, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, профессор, ResearcherID: B-8363-2019

Иван Алексеевич Успенский, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева»

заведующий, кафедра технической эксплуатации транспорта, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (390044, Россия, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), доктор технических наук, профессор, ResearcherID: B-7990-2019

Виктор Васильевич Алексеев, Чебоксарский кооперативный институт (филиал) АНОО ВО «Российский университет кооперации»

профессор, кафедра информационных технологий и математики, Чебоксарский кооперативный институт (филиал) АНОО ВО «Российский университет кооперации» (428025, Россия, г. Чебоксары, пр. М. Горького, д. 24), доктор технических наук, ResearcherID: F-7784-2019

Иван Васильевич Фадеев, ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева»

заведующий, кафедра машиноведения, ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева» (428000, Россия, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, д. 38), кандидат технических наук, доцент, ResearcherID: B-8856-2019

Литература

1. Beatty S. M., Smith J. E. Fractional wettability and contact angle dynamics in burned water repellent soils // Journal of Hydrology. 2010. Vol. 391, issues 1-2. P. 97–108.

2. Goebel M.-O., Woche S. K., Bachmann J. Quantitative analysis of liquid penetration kinetics and slaking of aggregates as related to solid–liquid interfacial properties // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 442-443. P. 63–74.

3. Comparison of different methods to measure contact angles of soil colloids / J. Shang [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. 2008. Vol. 328, issue 2. P. 299–307.

4. Marmur A. A guide to the equilibrium contact angles maze // Contact Angle, Wettability and Adhesion. 2009. Vol. 6. P. 3–18.

5. Drelich J. Guidelines to measurements of reproducible contact angles using a sessile-drop technique // Surface Innovations. 2013. Vol. 1, issue 4. P. 248–254.

6. Volpe C. D., Siboni S. The Wilhelmy method: a critical and practical review // Surface Innovations. 2018. Vol. 6, issue 3. P. 120–132.

7. Reliable measurement of the receding contact angle / J. T. Korhonen [et al.] // Langmuir. 2013. Vol. 29, issue 12. P. 3858–3863.

8. Experimental studies of contact angle hysteresis phenomena on polymer surfaces – Toward the understanding and control of wettability for different applications / K. Grundke [et al.] // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 222. P. 350–376.

9. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements / T. Huhtamäki [et al.] // Nature Protocols. 2018. Vol. 13, issue 7. P. 1521–1538.

10. Low-bond axisymmetric drop shape analysis for surface tension and contact angle measurements of sessile drops / A. F. Stalder [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010. Vol. 364, issues 1-3. P. 72–81.

11. Sumesh P. T., Govindarajan R. The possible equilibrium shapes of static pendant drops // The Journal of Chemical Physics. 2010. Vol. 133, issue 14. P. 144707.

12. Measurement of lateral adhesion forces at the interface between a liquid drop and a substrate / R. Tadmor [et al.] // Physical Review Letters. 2009. Vol. 103, issue 26. P. 266101.

13. Srinivasan S., McKinley G. H., Cohen R. E. Assessing the accuracy of contact angle measurements for sessile drops on liquid-repellent surfaces // Langmuir. 2011. Vol. 27, issue 22. P. 13582–13589.

14. Whyman G., Bormashenko E. Oblate spheroid model for calculation of the shape and contact angles of heavy droplets // Journal of Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 331, issue 1. P. 174–177.

15. Lubarda V. A., Talke K. A. Analysis of the equilibrium droplet shape based on an ellipsoidal droplet model // Langmuir. 2011. Vol. 27, issue 17. P. 10705–10713.

16. Drop retention force as a function of drop size / P. S. Yadav [et al.] // Langmuir. 2012. Vol. 24, issue 7. P. 3181–3184.

17. Матюхин С. И., Фроленков К. Ю. Форма капель жидкости, помещенных на твердую горизонтальную поверхность // Конденсированные среды и межфазные границы. 2013. Т. 15, № 3. С. 292–304.