Лако-красочные материалы — производство

Понятие «коллоид» зародилось в шестидесятых годах прошлого столетия. К этому времени в органической и неорганической химии уже были сформу­лированы фундаментальные законы, составляющие основу этих наук: теория строения А. М. Бутлерова и Периодический закон Д. И. Менделеева. Только в начале нашего столетия Во. Оствальд обратил внимание на решающую роль поверхности и поверхностных эффектов в коллоидных системах. В физи­ке и физической химни к этому времени была окончательно сформирована молекулярно-кинетическая теория, подтверждение которой дала коллоидная химия, экспериментально доказавшая наличие теплового движения молекул через броуновское движение частиц ульграмикрогетерогенных систем.

Коллоидная химия как наука имеет небольшую историю, однако свой­ства коллоидных систем, коллоидно-химические принципы и процессы человек использовал с древнейших времен. Самые первые ремесла имеют прямое отношение к типичным объектам и процессам коллоидной химии: получение керамики, красок, глазури, пряденне льна, хлопка, шерсти, выделывание кож. Все эти производства, разумеется, основывались на опыте. Только начиная с XVIII в., появляются описания отдельных исследований, которые в дальнейшем вошли в соответствующие разделы коллоидной химии. К ним относятся работы М. В. Ломоносова по изучению процессов кристаллизации, получению цветных стекол с применением дисперсий металлов (1745— 1755 гг.). В 1777 г. К. Шееле и Ф. Фонтана независимо друг от друга откры­ли явление адсорбции газов углем. Т. Е. Ловиц (1785 г.) обнаружил явление адсорбции из растворов. П. Лаплас в 1806 г. получил первые количествен­ные соотношения для капиллярного давления. В 1808 г. Ф. Ф. Рейсс, проводя опыты с только что появившимся элементом Вольта, открыл явления электро­фореза и электроосмоса.

В 30-х годах XIX в. И. Я. Берцелиус обратил внимание на особые свойства коллоидных растворов: их неустойчивость и опалесценцию. К пе­риоду 1845—1847 гг. относятся работы Ф. Сельми по изучению свойств «псевдорастворов» (гидрозолей неорганических веществ — серы, сульфида, мышьяка и др.). В этот же период М. Фарадей получил золи некоторых металлов (золота, серебра) и установил, что частицы золей остаются метал­лическими. Он впервые (1857 г.) наблюдал опалесценцию с помощью све­тящегося конуса, названного впоследствии конусом Тиидаля.

Систематическое изучение коллоидных систем было начато английским ученым Т. Грэмом в 1861 г. Этот год принято считать годом рождения коллоидной химии. Грэм обобщил выполненные до него исследования и ‘* сформулировал основные представления о коллоидных системах. Ему при­надлежит и введение термина «коллоид». Изучая диффузию веществ в раст­ворах, Грэм отметил медленное протекание диффузии частиц коллоидных растворов и их неспособность проникать через мембраны в отличие от мо­лекул обычных растворов. Он разработал методы получения коллоидных растворов и показал, что нерастворимые вещества при определенных усло­виях могут быть переведены в состояние раствора (золя), по внешним признакам почти не отличающегося от истинных растворов. Сопоставляя обычные растворы с золямн, Грэм пришел к выводу о необходимости раз — Деления веществ на «кристаллоиды» и «коллоиды». Однако ои принял «коллоиды» за особый класс веществ, хотя и выражал сомнение, предпо­лагая, что частица коллоида построена из более мелких кристалликов и именно такая сложная структура может быть причиной коллоидальности.

Независимо от Грэма в 1869 г. профессор Киевского университета Ч. Г. Борщов и Д. И. Менделеев высказали предположение о возможном кристаллическом строении частиц коллоидных систем.

В начале XX в. профессор Санкт-Петербургского горного института П. П. Веймари показал, что не существует «особого вида коллоидов» и что

Одно и то же вещество в зависимости от условий, растворителя может быть — как «кристаллоидом», так и «коллоидом». Таким образом, установилось представление о коллоидном состоянии вещества, которое П. П. Веймари считал всеобщим состоянием материи. Во. Оствальд несколько позднее, давая определение предмету коллоидной химии, пишет: «Коллоидная химия ие является учением о свойствах специальной группы веществ, напротив, она изучает физико-химическое состояние, присущее всем веществам» (Мир обой­денных величин, 1914 г.).

Следующим этапом в развитии представлений об объектах коллоид­ной химии является период интенсивного исследования зависимости свойств систем от размера частиц дисперсной фазы. Этн исследования были положе­ны в основу нового направления в коллоидной химии, которое получило название дисперсоидологии. Его основателями были Во. Оствальд в Герма­нии и П. П. Веймари в России. Дисперсоидология предлагает рассматривать С общей точки зрения и гетерогенные системы, и истинные растворы. Каче­ственные признаки системы она связывает с изменением степени дисперсно­сти. Например, частицы суспензии оседают под действием силы тяжести, частицы золей не оседают, а включаются в тепловое движение среды (молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была разработа­на А. Эйнштейном и М. Смолуховскнм в 1905—1906 гг. и экспериментально подтверждена в 1908—1910 гг. Т. Сведбергом, Ж. Перреном, де Бройлем н др.), при еще большей степени дисперсности (молекулярной) существуют истинные растворы. Некоторые свойства, как оказалось, максимально про­являются при коллоидной степени дисперсности (от 1 до 100 нм); светорас­сеяние, окраска, кроющая способность пигментов, действие наполнителей в композиционных материалах. Интересно, что даже твердость сплавов, пред­ставляющих поликристаллические структуры, максимальна при коллоидных размерах кристалликов, составляющих структуру. Эти факты и закономер­ности способствовали распространению дисперсоидологии. Положительное значение этого направления состояло в том, что оно обратило внимание ученых на зависимость свойств веществ от дисперсиости и увеличение роли поверхностных явлений с ростом дисперсности.

Для вскрытия сущности этих зависимостей были привлечены ранее вы­полненные работы К. Шееле, Ф. Фонтаны, Т. Е. Ловица по адсорбции, Дж. Гиббса (1880 г.) по термодинамике поверхностных явлений, П. Лапла­са (1806 г.), Т. Юнга (1855 г.), В. Кельвина-Томсона (1871 г.) по капилляр­ным явлениям, Ф, Ф. Рейсса (1808 г.), Г. Квинке (1859 г.), Г. Гельмгольца, Г. Липпмана (1870—1880 гг.) по электроповер. хностным явлениям и др.

В период распространения дисперсоидологического направления разви­вается учение об адсорбции в работах М. С. Цвета (1903 г.), Б. А. Шиш — ковского (1908 г.), И. Ленгмюра (1917 г.), Г. Фрейндлнха (1926 г.), Н. А. Шилова (1915—1930 гг.), а также закладываются основы теории двойного электрического слоя Г. Гуи, Д. Чепмена, О. Штерна (19Ю—1924 гг.). Учение о поверхностных явлениях постепенно становится основой коллоид­ной химии, ее теоретическим фундаментом. Третье десятилетие XX в. явилось периодом окончательного формирования коллоидной химии как самостоятель­ной науки со своими объектами и методами исследования. В этот же период и проявились отрицательные стороны дисперсоидологии, ее механистическая сущность. Взяв на основу одну только дисперсность и объединив гетероген­ные системы с истинными растворами, она тем самым завуалировала основ­ной качественный признак объектов коллоидной химии — гетерогенность.

Огромная заслуга в формировании современных представлений об объектах коллоидной химии принадлежит советскому физикохимику Н. П. Пескову. С философских позиций ои вскрыл сущность развития ка­чественных признаков системы с изменением дисперсности. Изменение дис­персности приводит к непрерывному количественному изменению одного и того же качества, хотя и возможны максимумы и минимумы. Качественно новое свойство возникает только в результате борьбы противоположностей, которая приводит к скачкам, разрыву постепенности. Этим качественно

On новым свойством, характерным для объектов коллоидной химии, является гетерогенность, наличие межфазной поверхности. Н. П. Песков (1932 г.) приходит к выводу, что признаки объектов коллоидной химии — зто гете­рогенность (многофазность) и дисперсность. О поверхности он пишет: «По­верхность раздела — необычайно интересная вещь. Это и есть единство про­тивоположностей. Молекулы, лежащие на поверхности, принадлежат обеим фазам. В этом смысле они сосредоточивают в себе все те противоположные свойства, которые имеются в этих фазах…». Например, растворение и кон­денсацию. «Здесь мы имеем не только скачок свойств, но и особенное каче­ственное единство — единство противоположностей. Такое единство стремится снять себя… Это совершается в процессе адсорбции, когда поверхность благодаря существованию на ней новой формы энергии (поверхностной энергии) концентрирует на себе молекулы из окружающей среды… С фактом существования у коллоидных систем поверхности раздела связаны все самые существенные и самые характерные свойства коллоидов». (Н. П. Пес­ков. Коллоидная химия. Изд. МХТИ, М„ 1932).

С момента утверждения представлений Н. П. Пескова о признаках ■объектов коллоидной химии начинает формироваться современная коллоид­ная химия как наука о поверхностных явленнях и дисперсных системах. Она постепенно объединила в себе все достижения в области поверхностных яв­лений, дисперсных систем и их превращений.

Большой вклад в развитие коллоидной химии внесли такие советские ученые, как А. В. Думанский (учение о лнофильных системах), А. Н. Фрум — кнн (свойства поверхностных слоев), П. А. Ребнндер (устойчивость и раз­рушение дисперсных систем, физикохимпя поверхностно-активных веществ, закономерности сгруктурообразования), С. М. Липатов (растворы полиме­ров), В. А. Каргин (коллоидно-химические свойства лиофобных золей и полимерных систем) и многие другие.