Лако-красочные материалы — производство

В коллоидной химии, как во всякой науке, имеющей дело со множеством объектов, необходима классификация коллоидных и микрогетерогенных систем, чтобы разобраться во всем их много­образии. Однако несмотря на многочисленные попытки предло­жить единую классификацию этих систем, такая классификация до сих пор отсутствует. Причина этого заключается в том, что любая —предложенная классификация принимает в качестве критерия не вде свойства дисперсной системы, а только какое-нибудь одно из них. В результате, как отметил еще Н. П. Песков, на каких бы классификациях мы не останавливались, всегда найдутся такие

Частные случаи, для которых принятая классификация окажется •спорной или даже неприложимой.

Рассмотрим кратко те классификации, которые получили наи­большее распространение.

Классификация по дисперсности. Зндентопф н Знгмондн предложили части­цы, видимые в обычный микроскоп, т. е с размерами больше его разрешающей способности (0,2 мкм), называть микронами, коллоидные же частицы, которые невидимы в микроскоп, — ультрамнкронами. Ультрамикроны эти авторы в свою очередь разделяли на субмнкроны, т. е. частицы размером от 5 нм до 200 нм, обнаруживаемые с помощью ультрамикроскопа, и на амикроны, т. е. частицы с размером меньше 5 нм, не обнаруживаемые даже в ультрамикроскопе. Зиден — топф и Знгмондн классифицировали собственно не дисперсные системы, а со­держащиеся в них частицы. Это принципиально не вызывает никаких возраже­ний, однако попытки использовать принцип, предложенный Зндентопфом и Знг­мондн, для классификации коллоидных и мнкрогетерогенных систем оказались не удачными.

В самом деле, как мы видели, дисперсность является только одним из фак­торов, определяющих свойства системы, и, следовательно, характеристика дис­персных систем по размеру содержащихся в них частиц будет неполной и одно­сторонней. Кроме того, на практике очень редко встречаются монодисперсные системы. К полнднсперсным же системам прилагать эту классификацию невоз­можно. Наконец, в связи с явлениями агрегации, протекающими в коллоидных системах, размер содержащихся в них частиц может меняться, и, таким образом, одну и ту же систему в разное время ее существования придется относить к различным классам.

Классификация по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды была предложена Во. Оствальдом. Воз­можны девять комбинаций диспёрсной фазы и дисперсионной среды в различных их состояниях (табл. 1,2). Однако практически можно реализовать только восемь комбинаций, поскольку газы в обычных условиях растворимы друг в друге и образуют гомо­генную систему.

В коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной стеч пени дисперсности, принято называть золями. Поэтому системы

Ж/Г и Т/Г имеют общее название аэрозолей. Это название ус* ловно, так как дисперсионной средой аэрозоля может быть не только воздух, но и любой другой газ.

Системы с жидкой дисперсионной средой, обозначаемые Г/Ж, Ж/Ж и Т/Ж, называют лиозолями (от греч. слова лиос — жид­кость). В зависимости от природы дисперсионной среды лиозоли делят на гидрозоли, алкозоли, этерозоли, бензозоли (дисперсион­ной средой этих золей являются соответственно вода, спирт, эфир, бензол). Коллоидные системы, дисперсионной средой которых яв­ляется органическая жидкость, объединяют под одним названием Органозоли. Микрогетерогенные системы с твердой дисперсной фа­зой и жидкой дисперсионной средой в коллоидной химии обычно называются суспензиями.

Классификация по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды весьма удобна для обобщения всего мно­гообразия коллоидных систем и, пожалуй, в настоящее время яв­ляется наиболее общепринятой. Этой классификации в известной степени будем придерживаться и мы в нашем курсе. Однако эта классификация обладает существенным недостатком: с уменьше­нием размера частиц разница в агрегатном состоянии дисперсной фазы в различных коллоидных системах постепенно сглаживается. Говорить об агрегатном состоянии частиц с поперечным размером в несколько ангстрем, состоящих из сравнительно небольшого числа молекул, с точки зрения термодинамики едва ли можно. С этим вполне согласуется и опыт, который показывает, что па свойствам высокодисперсных систем невозможно отличить друг от друга золи, для приготовления которых в качестве дис­персной фазы были использованы вещества в жидком и твердом состояниях.

Исходя из этого, Зигмонди упростил классификацию Во. Ост­вальда, приняв в качестве классификационного признака лишь аг­регатное состояние дисперсионной среды. Тогда восемь возмож­ных классов Во. Оствальда сводятся всего к трем, а именно к си­стемам с газовой, жидкой и твердой дисперсионной средой.

Классификация по взаимодействию дисперсной фазы и диспер­сионной среды. Эта классификация пригодна только для систем С жидкой дисперсионной средой. К системам с газовой или твер­дой дисперсионной средой она, очевидно, неприложима.

Зигмонди предложил классифицировать коллоидные растворы по способности сухого остатка, полученного в результате осторож­ного выпаривания жидкости, растворяться в чистой дисперсионной среде. Системы, сухой остаток которых не способен самопроиз­вольно диспергироваться в дисперсионной среде, он назвал необ­ратимыми. Сюда относятся типичные коллоидные растворы — лио­золи металлов, гидрозоли иодида серебра и сульЛида мышьяка И т. д. Обратимыми коллоидными системами он назвал системы, сухой остаток которых при соприкосновении со средой обычно сна­чала набухает, а затем самопроизвольно растворяется и снова образует коллоидную систему. К таким системам относятся, на­пример, раствор желатина в воде или каучука в бензоле.

Сравнение Систем, являющихся представителями этих классов, показало, что они обладают и другими, отличающими их друг от друга свойствами. Необратимые коллоидные системы имеют при­знаки коллоидных растворов: их трудно получить с высоким со­держанием дисперсной фазы; они легко коагулируют при введе­нии в них электролитов, образуя при этом компактные, содержа­щие малое количество дисперсионной среды осадки. Обратимые коллоидные системы, наоборот, можно получать достаточно высо­кой концентрации; они гораздо менее чувствительны к электроли­там, а осадки, которые все же могут выделяться при введении в золи лишь большого количества коагулятора, весьма объемисты, вязки и содержат много дисперсионной среды.

Фрейндлих высказал мнение, что обратимость и необратимость коллоидной системы определяется взаимодействием дисперсной фазы с дисперсионной средой. Дисперсная фаза обратимых колло­идов молекулярно взаимодействует с дисперсионной средой и по­этому способна в ней растворяться. Исходя из этого, такие колло­идные системы Фрейндлих предложил также называть лиофиль — ними коллоидными системами (от греч. слова лиос — жидкость, фило — люблю). Дисперсная фаза необратимых коллоидов неспо­собна взаимодействовать с дисперсионной средой, а следовательно, и растворяться в ней. Поэтому эти системы Фрейндлих назвал Лиофобными[1] (от греч. слова фобо — ненавижу). В том случае, когда дисперсионной средой системы является вода, эти два класса можно называть соответственно гидрофильными и гидрофобными Системами (от греч. слова гидра — вода).

Яегко видеть, что в то время как необратимые, или лиофобные, коллоидные растворы являются типичными коллоидными систе­мами, обратимые, или лиофильные, системы представляют собою не что иное, как растворы высокомолекулярных соединений. В са­мом Деле, самопроизвольно растворяться в дисперсионной среде и давать растворы с коллоидными свойствами способны только вещества, распадающиеся в растворах на отдельные и притом очень большие молекулы. Такими веществами как раз и являются высокомолекулярные соединения. Самопроизвольное образование типичных коллоидных систем с межфазной поверхностью раздела, как правило, невозможно, так как это противоречит термоди­намике.

Самопроизвольное образование коллоидных систем, а также образование гетерогенных растворов полимеров будут рассмот­рены в гл. VIII и XIV.-Зигмонди и Фрейндлих ошибочно отнесли

Растворы полимеров к коллоидным, так как в то время еще не было установлено, что эти растворы являются истинными.

Таким образом, классификация Зигмонди и Фрейндлиха по су­ществу представляет собою классификацию не коллоидных си­стем, а дисперсных систем, содержащих частицы, отвечающие кол-, лоидным размерам, причем в эту классификацию входят как ти­пичные коллоидные системы, так и растворы полимеров.

Здесь уместно указать, что наряду с типичными необратимыми и обратимыми системами, согласно классификации Зигмонди и Фрейндлиха, существуют и промежуточные системы, которые труд­но отнести к какому-нибудь одному из обоих классов. Это, напри­мер, золи"" гидроокисей некоторых металлов: А1(ОН)з, Fe(OH)3r Sn(OH)4. Исследование с помощью оптических методов указывает на присутствие в этих системах коллоидных частиц (агрегатов мо­лекул). Имеются и другие основания считать эти системы гетеро­генными. Вместе с тем эти системы обратимы, могут быть полу­чены с достаточно большой концентрацией дисперсной фазы и менее чувствительны к электролитам, чем типичные лиофобные системы. Такие свойства этих систем обычно объясняют исключи­тельно большой гидратацией содержащихся в них частиц. Однако в последнее время ряд исследователей стали считать, что в этих системах в зависимости от способа получения дисперсная фаза мо­жет находиться как в виде коллоидных частиц, так и в виде ма­кромолекул. Природа этих растворов до сих пор окончательно не ясна. К этому вопросу мы еще возвратимся в гл. IX и XIV.

В последнее время термину лиофильные коллоидные системы некоторые ученые нашей страны стали придавать существенно иной смысл по сравнению с тем, который придавали ему ранее. Так, лиофильными золями, по предложению П. А. Ребиндераг стали называть не растворы высокомолекулярных соединений, а равновесные коллоидные системы, образующиеся при опреде­ленных условиях в результате самопроизвольного раздробления дисперсной фазы до частиц коллоидных размеров. Такое название вполне обоснованно, так как частицы в таких системах имеют кол­лоидные размеры и при том взаимодействуют с дисперсионной средой, т. е. лиофильны по отношению к ней.

Некоторые ученые предлагают называть лиофильными золи, приобретшие агрегативную устойчивость благодаря адсорбции на поверхности их частиц неионогенных поверхностно-активных ве­ществ. Такие золи отличаются от ионостабилизованных коллоид­ных систем высокой устойчивостью к действию электролитов, ко­торая обусловлена лиофильностью поверхности частиц дисперсной фазы, приобретенной в результате адсорбции молекул неионоген­ных поверхностно-активных веществ.

Классификация по взаимодействию между частицами. Согласно Этой классификации дисперсные системы разделяются на свобод- нодисперсные и связнодисперсные.

К свободнодисперсным системам относятся бесструктурные си­стемы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны друг с дру­гом в одну сплошную сетку и способны независимо перемещаться в дисперсионной среде под влиянием броуновского движения или силы тяжести. Такие системы не оказывают сопротивления сдви­говому усилию, обладают текучестью и всеми остальными свой­ствами, характерными для обычных жидкостей. К подобным си­стемам относятся лиозоли, достаточно разбавленные суспензии и эмульсии, а также аэрозоли. >

В связнодисперсных системах частицы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя в дисперсионной среде своеобразные пространственные сетки или каркасы (структуры). Частицы, образующие структуру, очевидно, не способны к взаим­ному перемещению и могут совершать лишь колебательные дви­жения. К таким системам относятся гели, концентрированные сус­пензии (пасты) и концентрированные эмульсии и пены, а также порошки. Гели могут образоваться как в результате коагуляции коллоидных систем и объединения в одно целое выпавшего осадка (коагели), так и вследствие молекулярного сцепления в отдель­ных местах частиц золя, образующих сравнительно рыхлые сетки или каркасы (лиогели). В последнем случае в гелях сохраняется внешняя однородность системы. Естественно, образованию геля всегда способствует повышение концентрации дисперсной фазы в системе. Переход золя в состояние геля называется гелеобразо — еанием.

Связиодисперсные системы, обладающие в некоторой степени свойствами твердого тела, не следует смешивать с системами с твердой дисперсионной средой. У последних систем частицы также неспособны перемещаться относительно друг друга, но при­чина здесь существенно иная, а именно, огромная вязкость дис­персионной среды.

Приведенная классификация приложима не только к коллоид­ным системам, но и к системам, представляющим собою растворы высокомолекулярных веществ.