Лако-красочные материалы — производство

Предположим, что мы имеем отдельную твердую частицу пиг­мента, погружающуюся в жидкость. Это можно представить схематически в виде трехстадийного процесса:

Стадия 1 Частица на воздухе

Стадия 2 Создание полости в жидкости

Стадия 3 Заполнение полости частицей

Пар

Если поверхность частицы равна А, а свободная энергия на единицу поверхности 7ТП, то общую энергию этих трех стадий можно представить следующим образом (рис. 5.1):

Стадия 1: Поверхностная энергия частицы равна Ау1П. Стадия 2: Энергия частицы в паровой фазе плюс работа, затраченная на создание пустоты в жидкости, объем и поверхность которой равны таковым у частицы пигмента:

^Ттп+^Тжп-

Стадия 3: Работа, затраченная на заполнение полости в жид­кости частицей равна:

Л? тж—^Ттп—^Тжп — Тогда изменение общей энергии при погружении частицы будет равно сумме стадий 2 + 3—1:

ЛО=Л"|>хж—^Ттп — (5-1)

Из уравнения Юнга следует 7тп = Тжт+Тжпcos 6- После под­становки в уравнение 5.1 изменение энергии будет равно:

ДО= — Л-|>жп cos 0. (5.2)

Из уравнения Юнга косинус краевого угла смачивания {()) равен:

Ттп—Ттж

COS0 =

Тжп

Тогда, при условии, что в <90°, уменьшение ужп приведет к умень­шению 0 и улучшит смачивание. Следовательно, алифатический

Рис. 5.1. Графическое изображение удель­ной свободной энергии на границе раздела пар/жидкость/твердое тело

Углеводород более предпочтителен, чем ароматические раство­рители, так как ужп алифатического <7ЖГ[ ароматического.

Если, однако, добавить ПАВ, оно адсорбируется на межфазной границе с воздухом, что приводит к уменьшению ужп, а при ад­сорбции на поверхности частицы — уменьшению утж. Оба эти эффекта улучшают смачивание.

Но, если 0 = 0, как в случае поверхности с высокой энергией (например, поверхности Т1О2), лучше, чтобы ужп была максималь­ной, т. е. в этом случае лучше применять ароматический раство­ритель, а не алифатический.

Проницаемость агломератов. Если рассматривать пустоты между порошкообразными частицами как простые капилляры скажущимся радиусом г, тогда поверхностное давление, необхо­димое для проникновения жидкости в капилляр, равно

Следовательно, проникновение жидкости произойдет само­произвольно (гравитационные эффекты не учитываются), только если 0<9О° и если давление внутри капилляров не возрастет настолько, что воспрепятствует вхождению жидкости.

‘ Таким образом, для облегчения проникновения жидкости в агломераты желательно сделать уЖп максимальной и уменьшить 0. Но, поскольку изменения ужп и 0 взаимосвязаны, это условие трудно выполнить. Введение ПАВ уменьшает как ужП, так и 0, особенно в водных средах. Поэтому оценить, какой из этих эффек­тов’ будет доминирующим, лучше всего опытным путем

Представленная выше картина с использованием поверхност­ной энергии твердого тела, находящегося в равновесии с паром и жидкостью, значительно упрощена. Хертжес и Витрот [7] исследовали смачивание агломератов и показали, что только при

0 = 0 возможно добиться полного смачивания порошкообразных агломератов.

Уравнение скорости проникновения жидкости внутрь агло­мерата было получено Вошбурном [8]:

Dl rV>Kncos 0

■=——- ——— > (5.5)

Где dl/dt скорость проникновения жидкости с вязкостью г) в капилляр с радиусом г и .длиной I.

Для плотного слоя порошка принято пользоваться «эффектив­ным радиусом пор» или «фактором кривизны». Поэтому г/4 можно заменить на фактор К, который считают постоянным для конкрет­ной упаковки частиц. Тогда уравнение 5.5 будет иметь вид:

KtyykhcosG

Из уравнения (5.5а) видно, что для облегчения проницаемости порошка необходимы: максимальное произведение — ужпСоэО,

Минимальная вязкость г) и максимальное значение К, например, рыхло упакованные агломераты пигмента.

Уравнение Вошбурна описывает систему, в которой стенки трубки покрыты двойной пленкой, т. е. поверхностная энергия пленки такая же, как и энергия поверхности в объеме вещества. Гуд [9] распространил уравнение Вошбурна для случая, когда поверхность свободна от адсорбированного пара:
вательно, чтобы добиться максимума ужпсо5 0, лучше исполь­зовать ароматический углеводород.

В табл. 5.1 приведены данные, полученные Кроулом [12], по влиянию 7ЖП cos 0 на время перетира.