Лако-красочные материалы — производство

Для характеристики пористых тел недостаточно знать только размеры пор и капилляров, которые могут быть различными по размерам и по числу, приходящемуся на единицу объема тела. Одной из основных характеристик пористой структуры тела является пористость — отношение объема пор Vn к обще­му объему тела Vo6m-

Tf=Vn/V„6.4 (111.58)

Пористость определяет объем пор, приходящийся на едини­цу объема тела, т. е. долю пустот в его структуре. Она может измеряться в долях и процентах.

Пористость можно выразить через истинную и кажущуюся плотность. Истинная плотность р„ — отношение массы тела к его объему V„ за исключением объема пор. Кажущаяся плот­ность рк — отношение массы тела к его объему V0бщ, включая объем пор. Тогда пористость материала составит:

/7= (V Общ— V..)/Vo6m=l — <IVIW = 1 — (Рк/Ри) (III.59)

Экспериментальное определение плотности и пористости тел обычно проводят с помощью пикнометра. Для этого измеряют объем пикнометра Vn„K, массу пробы пористого тела M и об­щую массу пористого тела и жидкости, смачивающей пористое тело в пикнометре /Лобщ:

Рж V® + Ри VB = /Побщ’, Vn + V^Vu пк; p„V„=w (111.60)

Где Fm и рж — объем жидкости и ее плотность соответственно.

Зная плотность жидкости рж и определив экспериментально указанные величины, по этим трем уравнениям находят ри, V» И Кажущуюся плотность рк и общий объем пористого те­ла У0бщ измеряют таким же образом, но предварительно об­работав образец, например парафином, чтобы жидкость не проникала в поры.

Если пористое тело имеет корпускулярную структуру и об­разовано сросшимися между собой сферическими частицами одинакового размера, его удельную поверхность легко оценить с помощью простого расчета. Полная поверхность и истинный объем тела, образованного из л сферических частиц радиусом г равны

S = 4Nr2N Н V=Y3Jtr3Fi Удельная поверхность такого пористого тела составит

S 4лт*п З 3

5Уд і/злг3п ==— и Smmt= — (ііі.61)

Таким образом, чтобы определить удельную поверхность тела, образованного сферическими частицами одинакового размера, достаточно знать только ^радиус частиц. Если удель­ная поверхность рассчитывается на единицу массы тела, то в знаменатель уравнения (III.61) необходимо подставить значе­ние плотности вещества. Соотношение (III.61) справедливо и для определения параметров порошков, для которых иногда можно проводить аналогии с пористыми телами.

Следует отметить, что при данном расчете не учитывается поверхность контакта частиц между собой. Число точек кон­такта может изменяться в зависимости от характера и плотно­сти упаковки частиц в структуре пористого тела или порошка. Для сферических частиц это число не превышает двенадцати. Чем больше точек соприкосновения частиц, тем больше по­верхность контакта и меньше удельная поверхность. Для по­рошков под поверхностью контакта понимают поверхность двух соприкасающихся частиц, расположенную в зоне действия мо­лекулярных сил («0,1 нм). Таким образом, для сферической частицы радиусом г поверхностью контакта считается поверх­ность ее сегмента с высотой H = 0,1 нм, а доля этой поверхно­сти от всей поверхности составит

(">•<*>

Где Пи — число контактов; d = 2r.

Из соотношения (III.62) следует, что поверхность контакта увеличивается с уменьшением размера частиц; для частиц диа метром больше нм ею можно пренебречь (по сравнению

С общей поверхностью пористого тела).

Если принять, что поры в пористых телах и порошках име­ют правильную форму, то их размеры можно оценить, зная пористость и удельную поверхность. Иногда принимают поры за сферы радиусом гп, тогда пористость и удельная поверх­ность равны соответственно:

П = 4/3ЛГ3„П И їуд, г = 4яг2пП Отсюда радиус пор определяется выражением

Гп =ЗЯ/Їуд. г (ІІІ.63>

Где п — число сферических пор в единице объема.

Если поверхность отнесена к единице массы, то в знамена­тель уравнения (III.63) вводится плотность вещества. Таким же образом для радиуса пор, имеющих форму цилиндра, по­лучим:

Гк = 2Я/їуд, г (111.64 >

Реальные пористые тела обычно представляют собой гео­метрически неправильные структурные композиции. Поры в них имеют разнообразные формы и взаимные расположения. Часто такие тела пронизаны капиллярами и поэтому их еще назы­вают капиллярно-пористыми телами. Структура капиллярно — пористого тела всецело определяется его природой и методом получения.

Поры и капилляры по связи с внешней средой делят на три вида: открытые, тупиковые и закрытые. Открытые поры и ка­пилляры обоими концами сообщаются между собой и с внеш­ней поверхностью тела, тупиковые поры и капилляры имеют сообщение только с одного конца. Закрытые поры представля­ют собой изолированные внутренние пустоты, и они не могут быть определены обычными методами, так как недоступны для прямого измерения. Общая пористость складывается из трех составляющих:

П=П0 + ПТ+П3 (II 1.65)

Где Я„, /7т и Л3 — объемы соответственно открытых, тупиковых и закрытых пор в единице объема пористого тела.

С увеличением общей поверхности доля тупиковых и закры­тых пор уменьшается. Очевидно, что при адсорбции закрытые поры не участвуют в процессе.

Для характеристики неправильной формы капилляров вво­дят коэффициент извилистости б, учитывающий кривизну ка­пилляров, сужения и утолщения в них. Коэффициент извили­стости представляет собой произведение коэффициента длины, учитывающего кривизну капилляров, и коэффициента формы,
учитывающего сужения и утолщения. Раздельно эти коэффи­циенты для большинства реальных тел определить не удается. Коэффициент извилистости с хорошей точностью можно опре­делить экспериментально. Величина б для реальных пористых тел больше единицы; для очень мелких пор коэффициент из­вилистости может достигать несколько единиц. Обычно коэф­фициент извилистости является поправкой к длине капилля­ров. Например, при толщине образца / длина капилляров с учетом коэффициента извилистости равна произведению /6. Пористость пористого тела или порозность порошка с учетом коэффициента извилистости представляют следующим соотно­шением:

Яе="і7ГГ"——Ті——- = ЛЛ746 (111.66)

Тде N — число пор (капилляров) на единицу поверхности пористого тела (порошка); S — сеченне образца; г—радиус пор (капилляров);- / — длина образца; для неуплотненных слоев порошков при порозности от 0,35 до 0.43 6= 1,4-И,6..

Для определения пористости и удельной поверхности пори­стых тел широко используются адсорбционные методы.