Лако-красочные материалы — производство

Ознакомившись в предыдущей главе с явлениями коагуляции, можно перейти к рассмотрению структурно-механических свойств дисперсных систем. Ранее этого сделать было нельзя, поскольку образование структур в коллоидных и микрогетерогенных системах является следствием коагуляции этих систем.

Коллоидные и микрогетерогенные системы с жидкой и твердой дисперсионной средой, как и все другие конденсированные системы, обладают определенными механическими свойствами — вязкостью, во многих случаях пластичностью, упругостью и прочностью. Эти свойства связаны со структурой подобных систем, поэтому их ча­сто называют структурно-механическими свойствами. Эти свойства называют еще реологическими, так как учение о течении различных тел или, в более общем виде, о процессах деформации, развивающихся во времени, носит название реоло­гии.

Все коллоидные и микрогетерогенные дисперсные системы, как мы уже указывали в гл. I, можно раздёлить на свободнодисперс — ные и связнодисперсные системы. Если дисперсионной средой яв­ляется жидкость, то могут быть и переходные системы, отдельные частицы которых связаны друг с другом в рыхлые агрегаты, но не образуют сплошной структуры (структурированные жидкости). Очевидно, подобные агрегаты можно рассматривать как обрывки пространственной сетки, которая по тем или иным причинам не получила полного развития.

На тип системы весьма существенное влияние оказывает кон­центрация дисперсной фазы. В свободнодисперсных системах кон­центрация дисперсной фазы не может быть очень большой, так как в противном случае неизбежно возникал бы контакт между от­дельными частицами. В результате образовывались бы простран­ственные сеткн или, по крайней мере, объем системы заполнялся настолько частицами дисперсной фазы, что свободное перемеще­ние частиц по отношению друг к другу было бы невозможно. По­нятно, что при введении в систему стабилизатора, препятствую­щего сближению частиц, а следовательно, и проявлению молеку­лярных сил между частицами, можно значительно увеличивать критическую концентрацию, при которой возникают связи между элементами структурной сетки, т. е. концентрацию, отвечающую достаточно высокой прочности или структурной вязкости системы.

В связнодисперсных системах концентрация дисперсной фазы может достигать очень больших значений. Однако следует отме­тить, что эти системы могут получаться и при очень малых кон­центрациях дисперсной фазы, если только частицы достаточно анизодиаметричны, являясь, например, палочками или пластин­ками. Так, золь пятиокиси ванадия с палочкообразными частицами образует гель при содержании в нем 0,01—0,001% V2O5.

Понятно, что та или иная структура коллоидной системы при­дает ей определенные реологические свойства.

Из-за несвязанности друг с другом отдельных частиц в свобод — нодисперсных системах эти системы проявляют способность к вяз­кому течению, т. е. к непрерывному изменению своей формы во времени под влиянием даже очень малых напряжений сдвига. При этом течение этих систем качественно обычно подчиняется тем же закономерностям, что и течение чистой дисперсионной среды. Количественные же отклонения сводятся в основном к тому, что вязкость такой системы обычно выше вязкости чистой среды.

В противоположность этому связнодисперсные системы, вслед­ствие наличия сил взаимодействия между их частицами, обладают в известной степени свойствами твердых тел — способностью со­хранять форму, некоторой прочностью, упругостью, часто эластич­ностью. Однако из-за малой прочности связи между отдельными элементами структуры сетки структуры в связнодисперсных си­стемах сравнительно легко разрушаются и эти системы приобре­тают способность течь.

Структурированные жидкости обычно представляют собой си­стемы с малой концентрацией дисперсной фазы, но с явно выра­женной тенденцией частиц к слипанию.

Структурированные жидкости, очевидно, должны обладать рео­логическими свойствами, промежуточными между свойствами сво­бодно — и связнодисперсных систем. Эти системы способны течь, но они не подчиняются при этом законам течения обычных не­структурированных жидкостей.

На реологические свойства коллоидных систем, помимо концен­трации дисперсной фазы в системе, сильно влияют и такие фак­торы, как природа дисперсной фазы, дисперсионной среды и при­сутствующего стабилизатора, поскольку именно от этих факторов зависит эффективность молекулярных сил, действующих, с одной стороны, между частицами дисперсной фазы, а с другой — между частицами и растворителем.

Изучая реологические свойства коллоидных систем, можно оп­ределить характер образовавшихся в них структур. Значение рео­логических свойств коллоидных систем важно и с практической стороны. Такие важные системы, как почва, формовочные глины, цементный раствор, краски, лаки, пасты, характеризуются рядом особых структурно-механических свойств.

В этой главе рассмотрены реологические свойства свободно — дисперсных и связнодисперсных систем, а также систем промежу­точного типа с жидкой дисперсионной средой. Структурно-меха­нические свойства пен, резко отличающиеся от свойств других систем с жидкой средой, рассмотрены в гл. XII, а механические свойства систем с газовой дисперсионной средой — в гл. XI.

Однако прежде чем приступить к рассмотрению реологических свойств систем с жидкой средой, необходимо хотя бы кратко по­знакомиться со строением и свойствами структур, образующихся в таких системах.