Физические свойства воскоподобных материалов различной природы | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 февраля, печатный экземпляр отправим 5 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Юный учёный №3 (12) июнь 2017 г.

Дата публикации: 26.05.2017

Статья просмотрена: 136 раз

Библиографическое описание:

Казанцев В. Д., Терскова Л. Н. Физические свойства воскоподобных материалов различной природы // Юный ученый. — 2017. — №3. — С. 60-62. — URL https://moluch.ru/young/archive/12/945/ (дата обращения: 23.01.2020).



К группе воскоподобных материалов среди прочих относятся парафин и пчелиный воск. Пчелиный воск — смесь сложных жиров, у которых нет четкой кристаллической структуры и, соответственно, многие физико-химические свойства такого материала не поддаются строгой взаимосвязи с внутренним строением [1]. Парафин — это продукт, представляющий собой массу, состоящую из углеводородов предельного ряда и имеющий белый или желтоватый цвет, в зависимости от наличия в ней масел и смол [2]. В отличие от природного воска (пчелиного), парафин относят к минеральным воскам.

В связи с этим мне было интересно понять, насколько меняются свойства воска в зависимости от его происхождения (природный или минеральный), в том числе определить скорость горения воска и сопоставить результаты с данными, полученными на АСМ-наноэдьюкатор по шероховатости.

Для этого надо было решить следующие задачи:

  1. Определение температурных характеристик парафина и пчелиного воска (скорость охлаждения, точка затвердевания)
  2. Определение скорости сгорания воскоподобных веществ
  3. Исследование структуры поверхности методом атомно-силовой микроскопии и определение параметров шероховатости образцов
  4. Анализ полученных данных и определение взаимосвязи «структура поверхности-свойства»

В качестве исходных материалов использовались парафиновые и восковые свечи (из пчелиного воска). Для возможности сравнения скорости горения свечи переплавлялись, заливались в пробирки одинакового диаметра (рис. 1). До полного остывания воскоподобных материалов в пробирку опускался фитиль. После остывания пробирки аккуратно разбивались, стекло отделялось от воска и парафина. От верхнего края отсчитывались метки по 1 см, свечи поджигались, запускался секундомер. Результаты по скорости сгорания записывались в таблицу.

Рис. 1 Пробирка с затвердевшим пчелиным воском (а) и изготовленные свечи из парафина и пчелиного воска (б)

Для определения скорости охлаждения воскоподобных материалов и точки их твердения использовался прибор VernierLabQuest с датчиком температуры (точность измерения 0,1 °C). Полученные данные экспортировались в MicrosoftOfficeExcel.

Для исследования образцов в атомно-силовом микроскопе Nanoeducator-II использовались две методики: на покровное стекло помещался небольшой кусочек воска или парафина и с помощью пламени зажигалки стекло подогревалось снизу до полного расплавления, затем пламя убиралось и воскоподобный материал застывал. Второй способ заключался в предварительном нагреве воска или парафина и помещении горячей капли на покровное стекло. Как показали дальнейшие исследования оба способа дают практически идентичные АСМ-картины.

Определение параметров шероховатости по АСМ-данным проводилось в программе NT-MDTImageAnalysis 3.5 по среднеарифметическому отклонению профиля Sa.

Рис. 2. Кривые охлаждения воска и парафина

Полученные данные по затвердеванию образцов показали (рис. 2), что парафин имеет точку твердения примерно 53–54 °С, а пчелиный воск несколько выше — около 59–60 °С. При этом скорость охлаждения у парафина ниже (1,9 град/мин), чем у воска — 2,2 град/мин.

Скорость горения свечи из парафина — 1,17 мм/мин. Данный показатель для свечи из пчелиного воска — 0,87 мм/мин, т. е. примерно в 1,3 раза такая свеча горит медленнее.

Рис. 3. АСМ-изображения поверхности парафина (а) и пчелиного воска (б)

Анализ данных по топографии поверхности показал, что структура поверхности воскоподобных материалов заметно отличается. Парафин (рис. 3-а) твердеет с образованием характерных «ступеней» по краям относительно больших образований (примерно 20–30 мкм в поперечном сечении). Структура пчелиного воска более мелкая (рис. 3-б), с плавными перепадами. Возможно это указывает на более быстрое охлаждение (твердение) данного типа воска, что согласуется с данными температурных зависимостей. Иными словами, пчелиный воск быстрее застывает на поверхности, не успевая образовать относительно крупные части. В тоже время парафин застывает медленнее до более низкой температуры твердения, образуя крупные скопления ступенчатой формы по краям.

Рис. 4 Гистограммы шероховатости поверхности: а — парафин(Sa=51.6нм), б — воск(Sa=46,3 нм)

Расчет средней 3D-шероховатости поверхности показал (рис. 4), что. на микроуровне различить поверхность воскоподобных материалов практически невозможно, необходимо учитывать наномасштаб.

Таким образом установлено, что для минерального (парафина) и природного (пчелиного) воска характерные температуры твердения отличаются примерно на 5–7 °C. При этом также различны скорости охлаждения до этих температур: 1,9 град/мин для парафина и 2,2 град/мин для пчелиного воска. А также структура поверхности затвердевшего парафина имеет характерные «ступеньки» твердения, что согласуется с более низкой температурой твердения и скоростью охлаждения. Пчелиный воск имеет на своей поверхности более развитую структуру с большим количеством перепадов.

Литература:

  1. Каблуков И. А. О меде, воске, пчелином клее и их подмесях / изд. Сельхозгиз — 1941 г. — 180 с.
  2. Переверзев А. Н. и др. Производство парафинов / Москва, «Химия», 1973 г. — 224 с.
Основные термины (генерируются автоматически): пчелиный воск, скорость охлаждения, парафин, данные, воск, температура твердения, структура поверхности, скорость сгорания, покровное стекло, материал.


Похожие статьи

Зависимость структурно-механических характеристик парафинов...

Процесс структурообразования в расплавах парафинов при понижении температуры включает

Эти данные в литературе мало освещены. В основном приводятся лишь результаты измерения

Рис. 2. Зависимость прочности Рm структур парафинов от температуры t0...

Перспективы замены минеральных восков на растительные...

Проанализированы физико-коллоидные свойства восков в косметических композициях. Сделаны выводы о возможности замены минеральных

Воски — более инертные химические вещества, чем жиры. Они труднее омыляются, устойчивее к воздействию света, окислителей, нагреванию.

Влияние различных видов пропиток на некоторые...

Пропитки создают на поверхности материала сплошную пленку, которая сообщает ему водоупорность, при этом поры ткани могут оказаться частично закрытыми и для молекул кислорода. Другие гидрофобные пропитки оставляют поры материала открытыми для...

Экспериментальное исследование теплообмена при испарении...

Исследовалась и рассчитывалась массовая скорость испарения, а так же коэффициент

Вначале была исследована скорость и температурный интервал наибыстрейшего испарения капель

Боришанский В. М. и Кутателадзе С. С. Некоторые данные об испарении жидкости...

Экспериментальное исследование интенсивности испарения...

Рис. 1 Экспериментальные кривые времени и скорости испарения капель системы

При этом теплоотдача от теплонапряженной поверхности и скорость испарения жидкости очень мала.

Согласно полученным и представленным обобщающим данным результатов исследования...

Графен как материал для теплоотводов нового поколения

Графен является двухмерным материалом с гексагональной кристаллической структурой, он отличается необычными механическими и электрическими свойствами. По прочности на разрыв он превосходит сталь в 200 раз, скорость электропроводности сопоставима со скоростью...

Прозрачные проводящие покрытия на основе оксидов металлов.

Прозрачные проводящие покрытия (ППП) представляют собой различные тонкопленочные материалы (полупроводниковые оксиды металлов, полимеры, углеродные структуры), которые обладают высокой электропроводностью и хорошей оптической прозрачностью.

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Анализ структуры оболочки гречихи методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показал, рис. 2, что ОГ характеризуется негладкой, имеющей

Изучение физических свойств показало, что данные оболочки подобно целлюлозе не растворяются в воде; устойчивы к...

К вопросу применения водорода на двигателях внутреннего...

Большие скорости сгорания обусловливают высокую жесткость процесса сгорания.

Вследствие высоких скоростей и температур сгорания водорода – воздушных смесей в отработанных газах ДВС может

Сравнительные данные по системам хранения топлива.

Похожие статьи

Зависимость структурно-механических характеристик парафинов...

Процесс структурообразования в расплавах парафинов при понижении температуры включает

Эти данные в литературе мало освещены. В основном приводятся лишь результаты измерения

Рис. 2. Зависимость прочности Рm структур парафинов от температуры t0...

Перспективы замены минеральных восков на растительные...

Проанализированы физико-коллоидные свойства восков в косметических композициях. Сделаны выводы о возможности замены минеральных

Воски — более инертные химические вещества, чем жиры. Они труднее омыляются, устойчивее к воздействию света, окислителей, нагреванию.

Влияние различных видов пропиток на некоторые...

Пропитки создают на поверхности материала сплошную пленку, которая сообщает ему водоупорность, при этом поры ткани могут оказаться частично закрытыми и для молекул кислорода. Другие гидрофобные пропитки оставляют поры материала открытыми для...

Экспериментальное исследование теплообмена при испарении...

Исследовалась и рассчитывалась массовая скорость испарения, а так же коэффициент

Вначале была исследована скорость и температурный интервал наибыстрейшего испарения капель

Боришанский В. М. и Кутателадзе С. С. Некоторые данные об испарении жидкости...

Экспериментальное исследование интенсивности испарения...

Рис. 1 Экспериментальные кривые времени и скорости испарения капель системы

При этом теплоотдача от теплонапряженной поверхности и скорость испарения жидкости очень мала.

Согласно полученным и представленным обобщающим данным результатов исследования...

Графен как материал для теплоотводов нового поколения

Графен является двухмерным материалом с гексагональной кристаллической структурой, он отличается необычными механическими и электрическими свойствами. По прочности на разрыв он превосходит сталь в 200 раз, скорость электропроводности сопоставима со скоростью...

Прозрачные проводящие покрытия на основе оксидов металлов.

Прозрачные проводящие покрытия (ППП) представляют собой различные тонкопленочные материалы (полупроводниковые оксиды металлов, полимеры, углеродные структуры), которые обладают высокой электропроводностью и хорошей оптической прозрачностью.

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Анализ структуры оболочки гречихи методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показал, рис. 2, что ОГ характеризуется негладкой, имеющей

Изучение физических свойств показало, что данные оболочки подобно целлюлозе не растворяются в воде; устойчивы к...

К вопросу применения водорода на двигателях внутреннего...

Большие скорости сгорания обусловливают высокую жесткость процесса сгорания.

Вследствие высоких скоростей и температур сгорания водорода – воздушных смесей в отработанных газах ДВС может

Сравнительные данные по системам хранения топлива.

Задать вопрос