Материалы IV Международной научно-технической школы-конференции

14-18 ноября  2006 г.

 

 

МОСКВА                                         МОЛОДЫЕ  УЧЕНЫЕ    2 0 0 6                                     МИРЭА

 

 

 

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

НА СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

 

ã 2006 г.   Н.С. КАМАЛОВА, С.В. КАЛЬЧЕНКО, В.В. САУШКИН,

В.В. ПОСТНИКОВ, Н.Н. МАТВЕЕВ

 

Воронежская государственная лесотехническая академия, г. Воронеж

E-mail: rc@icmail.ru

 

Недавно был обнаружен эффект изменения кинетики кристаллизации высокомолекулярных органосилоксанов [1] и полиэтиленоксидов [2,3] в результате предкристаллизационного воздействия импульсного магнитного поля (ИМП). Кратковременная обработка ИМП расплавов полимеров приводила к необратимым изменениям температур кристаллизации Ткр и плавления Тпл этих полимеров. Обнаруженные эффекты объяснялись сшиванием полимерных цепей в результате спин-зависимых радикальных реакций концевых звеньев и (или) групп со слабыми двойными связями, а импульсный режим магнитного воздействия считался необходимым условием реализации указанных механизмов.

Эксперименты с образцами прессованной древесины показали существенное увеличение их торцевой твердости после обработки в ИМП [4], что связывалось с изменением под действием ИМП спинового состояния электронов (переходы типа сенглет-триплет) разорванных в процессе пластификации и прессования связей, стимулируя возникновение сшивок между соседними макромолекулами целлюлозы. Такие эффекты неизбежно должны быть связаны с изменением состояния поверхности древесины, что может отразиться, например, на их сорбционной способности.

Целью данной работы является выяснение влияния импульсного магнитного поля на адсорбцию воды на прессованной древесине.

 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

 

            Измерение изотерм адсорбции проводилось классическим методом на пружинных весах Мак-Бэна. Давление паров воды измерялось ртутным манометром. Показания весов и манометра определялись с помощью катетометра.

Ступенчатая дозировка паров воды осуществлялась на образец, предварительно прогретый в вакууме при температуре (325±2) К в течение трех часов. После измерения адсорбционной ветви изотермы постепенным уменьшением давления паров воды определялась десорбционная ветвь. При каждом заданном давлении образец выдерживался не менее трех часов. В процессе всего эксперимента установка находилась в воздушном термостате, где автоматически поддерживалась температура (298,7±0,1) К.

            Образцы древесины перед адсорбционными измерениями готовились следующим образом. Брусок древесины березы подвергался пластифицированию и трехстороннему прессованию [4], затем из него вырезались образцы в виде поперечных срезов размерами 15´10´2 мм3.

            После завершения адсорбционно-десорбционного цикла образцы извлекались из установки и подвергались воздействию ИМП. Обработка осуществлялась сериями по 3000 симметричных однополярных импульсов (т.е. в течение 60 с) практически треугольной формы амплитудой 0,3 Тл, длительностью 10 мкс и скважностью 10 мс. ИМП создавалось периодическим разрядом батареи конденсаторов через низкоиндуктивный соленоид. Величина магнитной индукции контролировалась по току заряда в цепи соленоида и по напряжению на тестовой катушке индуктивности. Обработка ИМП проводилась при комнатной температуре. Образец в соленоиде размещался так, чтобы линии магнитной индукции были параллельны волокнам в древесине. Именно такое расположение образцов при ИМП-воздействии приводило к максимальному изменению их торцевой твердости [4].

Повторные адсорбционные измерения начинались не ранее, чем через сутки после воздействия ИМП, то есть после завершения внутренних процессов в образцах, вызванных магнитным полем [4].

В перерывах между измерениями образцы хранились в эксикаторе.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

 

            На рис. 1 представлены экспериментальные изотермы адсорбции-десорбции для исходного образца (а) и образца, обработанного ИМП (б), в виде зависимости массы адсорбированной воды (мг) на грамм сорбента от относительного давления p/ps паров воды (ps - давление насыщенных паров воды при данной температуре).


            Как видно из рисунка, обе изотермы имеют явно выраженный гистерезис: десорбционная ветвь располагается над адсорбционной. При этом необратимость наблюдается вплоть до самых малых давлений. На адсорбентах с жесткой структурой (угли, силикагель, цеолиты) гистерезис отмечался только в области больших относительных давлений, где, как принято считать, происходит капиллярная конденсация адсорбата [5, 6]. Адсорбция воды на древесине приводит к изменению объема адсорбента (набухание), что, вероятно, объясняет такое поведение десорбционной части изотермы. Аналогичное явление наблюдалось нами ранее и для природной (не модифицированной) древесины [7].

 

Рис. 1 Изотермы адсорбции (светлые кружки) и десорбции (темные кружки) воды на прессованной древесине до (а) и после (б) обработки в импульсном магнитном поле.

 

В результате проведенных исследований установлено:

·      Тип изотермы адсорбции до и после обработки ИМП не изменился: обе изотермы можно отнести к третьему типу изотерм [5].

·      После обработки ИМП величина адсорбции уменьшилась в среднем на 15 %.

·      Площадь петли адсорбционного гистерезиса после обработки в ИМП существенно не изменилась.

·      Повторные (через полтора месяца) измерения изотермы б показали практически полную воспроизводимость результата.

·      Воздействие ИМП приводило во всех случаях к увеличению массы образцов приблизительно на 0,5 %.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

 

Постоянство типа изотермы адсорбции указывает на неизменность природы адсорбционных центров. Уменьшение абсолютных величин сорбции свидетельствует об уменьшении таких центров после воздействия ИМП. Вероятно, это уменьшение связано со сшивкой соседних полимерных молекул целлюлозы (что приводит к увеличению твердости древесины) или с заполнением этих центров молекулами из газовой фазы (что приводит к увеличению массы образца). Возможно и совместное влияние отмеченных факторов.

Воспроизводимость изотерм после длительной выдержки образцов в вакууме говорит о том, что все вызванные воздействием ИМП изменения в образцах завершаются менее чем за 24 часа после обработки в ИМП.

            Для более детальной и надежной интерпретации полученных результатов необходимо продолжение исследований с привлечением других методов, например, инфракрасной спектроскопии.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.   Постников В.В., Матвеев Н.Н., Левин М.Н. Влияние импульсного магнитного поля на кинетику кристаллизации и плавления органосилоксанов. // Вестник ВГТУ, серия «Материаловедение», вып. 1.9, Воронеж: ВГТУ. 2001, с. 19-23.

2.   Левин М.Н., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Влияние импульсной магнитной обработки на кристаллизацию гибкоцепных полимеров. // Высокомолек. соед. А. 2003, т.45, №2, с. 217-223.

3.   Левин М.Н., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Влияние импульсной магнитной обработки на кристаллизацию и плавление полиэтиленоксида. // Журнал физ. химии. 2003, т.77, №4, с. 675-678.

4.   Постников В.В., Левин М.Н., Матвеев Н.Н., Скориданов Р.В., Камалова Н.С., Шамаев В.А. Воздействие слабых импульсных магнитных полей на модифицированную древесину // Письма в ЖТФ. 2005, т.31, вып. 9, с. 14-19.

5.   Брунауер С. Адсорбция газов и паров. М.: "Иностранная литература". 1948, т.1, - 784 с.

6.   Линсен Б.Г.Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. М.: Мир, 1973.- 654 с.

7.   Саушкин В.В., Некрасова Э.Г., Матвеев Н.Н. Состояние воды в древесине: адсорбционные и диэлектрические свойства. // Материалы ВНТК «Совершенствование сушильной техники и технологии и кооперация производства оборудования для сушки древесины». Архангельск,, 1990, с. 103-107.



Время загрузки 0.00057601928710938 секунд