After completing the course, the students will be able to:

• classify dispersion systems

• make reasoned decisions about the method of preparation of a given type of dispersion system

• evaluate factors that influence the dispersion system stability.

Po absolvování předmětu budou studenti umět:

• klasifikovat dispersní systémy

• kvalifikovaně rozhodnout o způsobu přípravy daného typu dispersního systému

• posoudit faktory mající vliv na jeho stabilitu.

R: R.F. Probstein, Physicochemical hydrodynamics, Wiley, 1994

R: L.L. Schramm, Emulsions, Foams and Suspensions, Wiley, 2005

Z: R.F. Probstein, Physicochemical hydrodynamics, Wiley, 1994

Z: L.L. Schramm, Emulsions, Foams and Suspensions, Wiley, 2005

1. Classification of dispersion systems (emulsions, suspensions, foams...). Particle size distributions, moments.

2. Particle size measurement. Sampling, segregation.

3. Force interactions in particle systems. Electrostatic and osmotic interactions in liquid dispersion systems.

4. Adhesion mechanisms, van der Waals forces, electrostatic forces, capillary forces. Adhesion and surface roughness. Adhesion forces and energies.

5. Dynamics of coagulation and coalescence. DLVO theory, Ostwald ripening. Kinetic and thermodynamic stability of emulsions.

6. Overview of technologies for the preparation of dispersions. Classification according to the type of dispersion and the physical mechanism.

7. Preparation of aerosols. Nucleation and coagulation of particles. Electrospray and spray drying.

8. Extraction with partially miscible solvents. Phase diagrams of water-oil-surfactant systems.

9. HLB of surfactants, preparation of w/o and o/w emulsions. Stability of emulsions. Examples of emulsions.

10. Dispersions of solid particles. Sol-gel methods, precipitation. Colloidal crystals.

11. Emulsion polymerization. Nucleation, stability of emulsions.

12. Porous materials, percolation. Texture analysis, diffusion and sorption in porous media.

13. Foam materials with open and closed cells. Thermal and sound insulation properties of foam materials.

14. Preparation of nanofibres Electrospinning, extrusion.

1. Klasifikace dispersních systémů (emulze, mlhy, pěny, polymery, …). Distribuce velikosti částic. Momenty distribucí. Log-normální distribuce.

2. Charakterizace velikosti částic. Problémy se vzorkováním dispersních systémů. Segregace. Silové interakce popsané makroskopickým přístupem podle Lifshitze. Existence repulzivních van der Waalsových interakcí a důležitost pro flotaci.

3. Silové interakce v částicových dispersích (aerosoly a emulze). Elektrostatické a osmotické interakce částic v kapalně-dispersních systémech. Sedimentace souboru mikro nebo nanočástic – limity platnosti klasického popisu.

4. Mechanismy adhese: van der Waalsovy síly, elektrostatické interakce, kapalný můstek, propletení polymerů. Srovnání adhesních sil a energií. Adhese a drsnost povrchu. Filtrace aerosolů: mechanismy záchytu částic na nanovláknech.

5. Dynamika koagulace a koalescence v dispersních systémech. Souvislost s DLVO teorií stability emulzí. Ostwaldovo zrání. Kinetická a termodynamická stabilita dispersí. Dynamika jednoduché monodispersní koagulace.

6. Přehled technologií pro přípravu dispersních systémů. Klasifikace podle typu připravované disperze a fyzikálních principů přípravy. Disperse kapaliny v plynu: rozprašování, atomizace kapalin (nebulizér), inkjet. Mlha.

7. Příprava aerosolů nano a mikročástic. Kondenzace par těkavých sloučenin. Problém nukleace a koagulace nanočástic. Elektrorozprašování. Výroba nanočástic v plameni a následné problémy s koagulací. Rozprašovací sušárna. Příklady: výroba sazí, nano-TiO2. Mletí.

8. Extrakce omezeně mísitelných rozpouštědel. Superkritická extrakce a vyluhování. Protiproudá a opakovaná extrakce. Fázové diagramy systémů voda-olej-surfaktant.

9. HLB surfaktantů (Hydrophile-Lipophile Balance number). Technické třídění surfaktantů. Příprava emulzí olej-ve-vodě, voda-v-oleji a zapouzdřených emulzí. Modifikace viskozity emulzí. Stabilita emulzí. Příklad: obličejový krém (voda, oleje, glycerin, surfaktanty, EDTA). Ultrasonifikace.

10. Disperse pevných částic v kapalině. Sol-gel precipitace. Příprava koloidní siliky. Příprava koloidního zlata. Koloidní krystaly.

11. Příprava dispersí emulzní a miniemulzní polymerací. Teorie nukleace a typy nukleací. Entropie miniemulzí a jejich termodynamická stabilita.

12. Porézní materiály. Pojem perkolace. Texturní analýza porézních materiálů. Difuze a adsorpce v porézních materiálech. Příprava porézních materiálů s otevřenými póry. Zeolity a porézní katalyzátory. Adsorpční monolity.

13. Pěnové materiály s otevřenými a uzavřenými celami a jejich příprava. Problém nukleace a řízení kvality pěnové struktury. Tepelné a zvukové isolační vlastnosti pěnových materiálů. Absorpce mechanické energie při nárazu.

14. Příprava nano-vláken pro netkané textilie. Electrospinning. Protlačování taveniny sítem a tvorba nanovláken proudem plynu s podzvukovou rychlostí. Výroba polymerních filmů vyfukováním a vláken vytlačováním.

http://www.vscht.cz/uchi/ped/index.html

http://www.vscht.cz/uchi/ped/index.html

Physics I

Fyzika I