Опишите принцип работы такой гидроизоляции? (1 балл)

Основной принцип работы состоит в том, что перфорированный ПВХ не является препятствием для пара, при потоке влажного воздуха из здания, но в случае попадания на него капли воды сверху – за счёт гидрофобности ПВХ он становится непроницаем. Капиллярные эффекты (а именно, давление необходимое для продавливания воды через гидрофобную мембрану) делают такую плёнку гидроизоляцией

Опишите основные способы получения подобных наноматериалов. (2 балла)

Получение подобных материалов состоит из двух принципиальных стадий: формование плёнки и формование системы пор. Плёнка может быть сформована методами распыла раствора полимера, экструзии, вытягивания из расплава.

Система пор формируется следующими способами:

- введением и последующим вымыванием порообразующего агента,

- ядерными трековыми следами,

- наноперфорацией (не промышленный метод),

- непосредственно в процессе напыления плёнки (при распыле раствора полимера формируются шарики, которые слипаются в плёнку. При этом пространство между ними образует систему пор).

Определите, какой объём воды можно удерживать в ведре, выстланном этой плёнкой, если диаметр нанодырочек в ней равен 100 нм. Площадь дна ведра равна 400 см². Считать, что краевой угол равен 180°. (2 балла)

Для решения необходимо учесть краевые эффекты, которые обусловлены силами поверхностного натяжения. Их действие определяет силы капиллярного давления и связанные с этим эффекты.

Для этого используется следующая формула:

Н = 2σcosθ/Δρrg,

где Н – высота подъёма жидкости,σ – поверхностное натяжение (72,75 мН/м при 20 градусах), r – радиус капилляра (50 нм), g – ускорение свободного падения (9,81), cosθ – краевой угол между каплей и поверхностью, характеризующий смачивание. (равен -1,Δρ – разность плотности газа и жидкости (пренебрежём плотностью газа и примем равной 1000 кг/м³).

Подставив в выражение справочные величины, определим, что высота подъёма равна:

H = 2*72,75*(-1)/1000*50*10^-9*9,81= -296,636 (метров)

Расчёт показывает, что при площади дна в 400 см² объём воды равен 11,865 м³.

Такие структуры широко применяются как материалы для изготовления стерилизующих фильтров. При этом сопротивление, которое создают краевые эффекты, может существенно ухудшить работу всей системы. Предложите способ уменьшения или устранения этого эффекта, если известно, что материал – полиэтилен. (3 балла)

Полиэтилен – материал гидрофобный. Для уменьшения его сопротивления воде его необходимо сделать гидрофильным. Это достигается изменением свойств поверхности ПЭ химическим, физическим или физико-химическим способом.

Химический способ:

Например, окисление хромовой смесью, чёртовой смесью или пираньей (бихромат калия, перманганат калия и перекись водорода в серной кислоте соответственно)

Реакции написать затруднительно, но безусловный эффект – появление гидроксильных и карбоксильных групп на поверхности полимера.

Физический способ (хотя тут возможен спор):

Использование ПАВ. ПАВ сорбируется гидрофобным хвостом на поверхности ПЭ, а выступающие гидрофильные хвосты обеспечивают хорошее смачивание.

Физико-химический способ:

Обработка поверхности тлеющим разрядом в среде азота или аммиака. При этом на поверхность прививаются аминогруппы.

При стерилизующей фильтрации важно знать, какие компоненты задерживаются таким фильтром, а какие проходят. Оцените эффективность стерилизующих фильтров против следующих объектов:

Вирусы – некоторые могут пройти;

Бактерии – не проходят,

Споры – не проходят;

Нативный декстран - не проходит (масса – несколько миллионов, “диаметр” молекулы до полумикрона);

Биологические токсины – проходят;

Амёбы – не проходят;

Мицелий грибов - не проходит;

Пыльца растений – не проходит;

Волокна целлюлозы - не проходит;

Нативный лигнин - не проходит;

Малярийный плазмодий - не проходит.

Объясните Ваше решение. (3 балла)

Объяснение – сопоставление размеров пор (100 нм) и размеров фильтруемых объектов. Менее 100 нм только некоторые вирусы и токсины (практически все).